Dokument: Molecular signature and functional analysis of leukemic and normal CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells

Titel:	Molecular signature and functional analysis of leukemic and normal CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=7887
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080528-070948-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Diaz Blanco, Elena [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 4,22 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 20.05.2008 / geändert 20.05.2008
Beitragende:	PD Dr. Kronenwett, Ralf [Gutachter] Prof. Dr. Förster, Irmgard [Gutachter]
Stichwörter:	CML; hematopoietic stem cells; gene expression profiling; BCR-ABL signaling; fatty acid synthesis;GABA B receptor
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die Hämatopoese wird durch ein Gleichgewicht zwischen Selbsterneuerung, Differenzierung und Migration von mehr oder weniger reifen hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen reguliert. Die Schlüsselfaktoren der Blutbildung zu verstehen, stellt die Grundlage für verschiedene klinische und wissenschaftliche Anwendungen von Blutstammzellen dar. Das aus der Stammzellbiologie gewonnene Wissen kann auch neue Einblicke in die Krebsforschung eröffnen. Die am besten charakterisierte Stammzellerkrankung ist die chronische myeloische Leukämie (CML), die durch die spezifische chromosomale t(9;22)-Translokation gekennzeichnet ist. Diese Translokation resultiert in der Expression des BCR-ABL-Fusions-onkogens und in der Expansion von hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen. In dieser Arbeit erstellten wir eine molekulare Signatur von hoch angereicherten CD34+ hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen aus dem Knochenmark. Mittels Microarrays (8746 Gene) wurden CD34+ Zellen von unbehandelten Patienten mit CML in der chronischen Phase mit normalen CD34+ Zellen verglichen. Die Expressionsdaten zeigten verschiedene BCR-ABL-induzierte Effekte in primären CML Vorläuferzellen, wie beispielsweise die transkriptionelle Aktivierung des klassischen MAPK-Signalweges und des PI3 Kinase/AKT-Signalweges, sowie die Herunterregulation des pro-apoptotischen Gens IRF8. Außerdem waren Gene, wie HoxA9 und MEIS1, die mit hämatopoetischen Stammzellen (HSC) und Leukämogenese assoziiert sind, transkriptionell aktiviert. Darüber hinaus konnten einige differentiell exprimierte Transkripte identifiziert werden, die bisher noch nicht für die CML beschrieben worden waren und somit von therapeutischer Relevanz sein könnten. Hierzu gehörten hochregulierte Gene des TGFß-Signalwegs, fötale Hämoglobin-Gene, Sorcin, TIMP1, NET 1 und das herunterregulierte Selenoprotein P. Die Hochregulation des Leptinrezeptors und von Genen, die in die Fettsäuresynthese involviert sind, lässt auf eine wichtige Rolle des Lipidstoffwechsels in der Pathophysiologie dieser Krankheit schließen. Die funktionelle Analyse der Kandidatengene zeigte, dass die Hochregulation von Genen des Lipidstoffwechsels eine aktive Rolle in der Differenzierung und der Proliferation von malignen hämatopoetischen Progenitorzellen spielt. Die Inkubation der CML CD34+ Zellen mit dem Fettsäuresynthese-Inhibitor Cerulenin resultierte in einer Dosis abhängigen Abnahme der Viabilität der leukämischen Zellen. Interessanterweise war die Wachstumshemmung in leukämischen Zellen verglichen mit dem Effekt auf normale CD34+ Zellen wesentlich stärker ausgeprägt. Dieser Befund eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung der CML. Neuere Untersuchungen konnten zeigen, dass hämatopoetische Stammzellen die Kapazität haben, in ein weitaus größeres Spektrum an Geweben zu differenzieren, als früher für möglich gehalten wurde. Darüber hinaus haben Studien erst kürzlich eine potentielle molekulare Interaktion von neuronalen und hämatopoetischen Signalwegen aufdecken können. Eine frühere Publikation unserer Arbeitsgruppe konnte die Expression von neurobiologischen Genen in menschlichen CD34+ hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen zeigen. Dazu gehörte unter anderem der GABA B Rezeptor, der bis dato dem Nervensystem zugeschrieben wurde. In der vorliegenden Arbeit wurde die funktionelle Rolle dieses Rezeptors auf CD34+-Zellen untersucht. Hierbei konnten wir zeigen, dass der GABA B Rezeptor in hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen funktionell aktiv ist und die intrazelluläre cAMP-Konzentration beeinflusst. In weiteren funktionellen Tests beeinflusste die Modulation des GABA B Rezeptors weder die Proliferation, das klonogene Wachstum, noch die Migration von CD34+-Zellen. Unsere Daten haben gezeigt, dass im Laufe der Differenzierung der hämatopoetischen Stammzelle die Expression des GABA B Rezeptors verloren geht. Dieser Befund weist auf eine Funktion in der frühen Hämatopoese hin. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in dieser Arbeit eine molekulare und funktionelle Untersuchung von malignen und normalen CD34+ Zellen durchgeführt wurde, die neue Einblicke in die Biologie von hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen eröffnet. Hematopoiesis physiologically depends on a precisely regulated equipoise of selfrenewal, differentiation, and migration of more or less mature hematopoietic stem and progenitor cells. Understanding these key features provides the basis for different clinical and scientific applications of these cells. The knowledge gained from stem cell biology can also give novel insights into cancer research. The best-studied malignant stem cell disorder is the chronic myelogenous leukemia (CML) which is characterized by the specific t(9;22) chromosomal translocation resulting in the expression of the BCR-ABL fusion oncogene and by a clonal expansion of hematopoietic progenitor cells. In this work we provide a molecular signature of highly enriched CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells from bone marrow of untreated patients with CML in chronic phase in comparison with normal CD34+ cells using microarrays covering 8746 genes. Expression data reflected several BCR-ABL-induced effects in primary CML progenitors such as transcriptional activation of the classical MAPK pathway and the PI3 kinase/AKT pathway as well as down-regulation of the pro-apoptotic gene IRF8. Additionally, genes associated with early hematopoietic stem cells (HSC) and leukemogenesis such as HoxA9 and MEIS1 were transcriptionally activated. Moreover, several novel transcriptional changes in comparison with normal CD34+ cells, which were not described so far in CML and which might be of therapeutic relevance, were identified. These include an up-regulation of components of the TGFß signaling pathway, fetal hemoglobin genes, sorcin, TIMP1, the neuroepithelial cell transforming gene 1 and down-regulation of selenoprotein P. The differential expression of leptin receptor and genes involved in fatty acid synthesis, which were up-regulated comparing malignant CML CD34+ cells with normal CD34+ cells, suggested an important role of the lipid metabolism pathway in the pathophysiology of the disease. The functional analysis of candidate genes revealed that this up-regulation plays an active role in differentiation and proliferation of malignant hematopoietic progenitor cells. Incubation of CD34+ CML cells with the fatty acid synthesis inhibitor Cerulenin resulted in a dose-dependent decreases in leukemic cell viability, as well as reduced clonogenic growth. Interestingly, comparing this effect with the one in normal CD34+ cells, the inhibition was not as strong as in leukemic cells. This opens novel therapeutic avenues in the treatment of the CML. Beside the central role in malignant hematopoiesis, an ongoing set of investigations has led to claim that hematopoietic stem cells have the capacity to differentiate into a much wider range of tissues than previously thought possible, and recent interesting studies have shown a potential molecular interrelation of neuronal and hematopoietic signaling mechanisms. A previous report of our group could show the expression of neurobiological genes in human CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells. Those include the GABA B receptor which had been primarily assigned to the nervous system. In this work, the functional role of this receptor on CD34+ cells is investigated: We could show that the GABA B receptor is functional active in hematopoietic stem and progenitor cells and influences the intracellular cAMP. Further functional assays could assess that the modulation of the GABA B receptor does not influence the proliferation, differentiation or migration of CD34+ progenitor cells. Our data showed a loss of expression of this receptor during differentiation of hematopoietic stem cells and suggests a functional role only in early hematopoiesis. This is different in neuronal stem cells, where the GABA B receptor has been described to play a central role in differentiation. To summarize, in this work, we provide a molecular and functional study of malignant and normal CD34+ cells giving novel insights into the biology of hematopoietic stem and progenitor cells.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	20.05.2008
Dateien geändert am:	20.05.2008
Promotionsantrag am:	25.04.2007
Datum der Promotion:	15.02.2008