The involvement of CD38 and VLA-4 in migration, survival and proliferation of B chronic lymphocytic leukemia cells / eingereicht von: Gabriele Brachtl

• VerfasserIn: Brachtl, Gabriele
• Place / Publishing House: 2012
• Year of Publication: 2012
• Language: English
• Classification: 42.13 - Molekularbiologie; 44.86 - Hämatologie; 44.81 - Onkologie
• Physical Description: 119 Bl.; Ill., graph. Darst.; 30 cm
• Notes: Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers; Zsfassung in dt. Sprache

ger: Chronic lymphocytic leukemia (CLL) is characterized by the accumulation of malignant B cells in the peripheral blood, the bone marrow (BM) and secondary lymphoid organs. Despite new and effective treatment regimens CLL remains an incurable disease. The tumor microenvironment is thought to play a crucial role in CLL cell proliferation, survival, and chemoresistance. CD38 and VLA-4 are prognostic markers that predict a poor clinical outcome in CLL. In order to gain a better understanding of the involvement of these markers in the pathogenesis of CLL we studied the biological roles of CD38 and VLA-4 in the context of to the protective BM. Since CD38 expression can be regulated by the microenvironment our first objective was to analyze the stability of CD38 expression during the course of the disease by flow cytometry. We found CD38 to be a very stable prognostic marker with only 7.3% of the CLL patients changing their CD38 risk group during the observation period of five years.<br />However, there was still a great dynamic in CD38 expression over time within each risk group. Notably, patients with a high dynamic in their CD38 expression had a significantly shorter time-to-treatment than those with a stable CD38 expression, independent of the CD38 risk group. We believe that this dynamic could be a reflection of the dependence of CLL cells on microenvironmental stimuli.<br />Our second aim was to study the functional roles of CD38 and VLA-4 in CLL cell BM homing, survival and proliferation. Despite a significant association of the CD38 and VLA-4 risk groups, about 20% of all samples in our CLL patient cohort displayed a discordant CD38 and VLA-4 risk (CD38 high-risk/VLA-4 low-risk or CD38 low-risk/VLA-4 high-risk). We focused on these discordant cases to tease apart the individual contribution of CD38 and VLA-4 to CLL homing. Using in vivo adoptive transfer assays of human CLL cells into immunodeficient mice we discovered that VLA-4, and not CD38 expression, is essential to BM homing. The expression of VLA-4 directly correlated with the BM homing rate and addition of anti-VLA-4 antibodies blocked cells from entering the BM. We also investigated the actual CLL BM infiltration rate in patients and confirmed that only patients with a high VLA-4 risk had a high BM infiltration. Furthermore, both CD38 and VLA-4 expression were increased in BM-derived CLL cells compared to peripheral blood, and within the BM compartment CD38+ and VLA-4+ subpopulations showed enriched expression of the proliferation marker Ki-67. We additionally studied the viability of CLL cells cultured by themselves or in the presence of supportive stromal cells. In co-culture with stromal cells, CLL cells from all patients were equally viable. Strikingly, stromal cell-support was particularly important for tumor cells from CD38 or VLA-4 high-risk patients, as these showed significantly higher spontaneous apoptosis rates in vitro when cultured alone.<br />Our results demonstrate that CD38 and VLA-4 are more than mere markers of an aggressive tumor cell subtype, and that they play important roles in CLL pathogenesis. Thus therapeutic targeting of these molecules in combination with currently used therapies might provide a great benefit for CLL patients. The anti-VLA-4 antibody natalizumab is an already approved drug and could be used to block CLL cells from entering the protective BM, rendering them susceptible to conventional chemotherapy.<br />Anti-CD38 antibodies, which are currently being evaluated in clinical trials, might also prove to an important addition to conventional therapies. We hope that new experimental techniques will help us finally elucidate the direct roles of these molecular prognostic markers in the pathogenesis of CLL.<br />

eng: Die Chronische lymphatische Leukämie (CLL) zeichnet sich durch eine Akkumulierung von malignen B-Zellen, sogenannten CLL Zellen, im peripheren Blut, dem Knochenmark und den sekundären lymphatischen Organen aus. Trotz neuer und effektiverer Therapien ist die CLL noch immer eine unheilbare Erkrankung. Im Allgemeinen wird angenommen, dass das Mikromilieu des Tumors eine essentielle Rolle bei der Proliferation und dem Überleben der CLL Zellen spielt und damit einen Beitrag zur Resistenz der Tumorzellen gegenüber der Chemotherapie leistet. CD38 und VLA-4 sind prognostische Marker, die zur Vorhersage des Krankheitsverlaufes der CLL hinzugezogen werden können. Um zu verstehen, welche Funktion diese zwei Moleküle in der Pathogenese der Erkrankung spielen, haben wir untersucht, welche biologische Rolle CD38 und VLA-4 in der Wechselwirkung der Leukämiezellen mit dem schützenden Mikromilieu im Knochenmark spielen. Da das Mikromilieu des Tumors die Expression von CD38 auf den CLL Zellen verändern kann, haben wir zunächst die Stabilität der CD38 Expression im Laufe der Erkrankung untersucht. Wir konnten beweisen, dass CD38 ein sehr stabiler Risikoparameter ist: im Beobachtungszeitraum von fünf Jahren haben nur 7,3% der CLL Patienten ihre CD38 Risikogruppe geändert.<br />Trotz dessen zeigte sich innerhalb der CD38 Risikogruppen eine große Dynamik in der CD38 Expression. Unabhängig von der CD38 Risikogruppe hatten Patienten mit einer hohen Dynamik in ihrer CD38 Expression ein signifikant kürzeres progressionsfreies Überleben als CLL Patienten mit einer stabilen CD38 Expression. Wir vermuten, dass diese Dynamik in der CD38 Expression die Abhängigkeit der CLL Zellen von den Signalen des Mikromilieus reflektiert.<br />Als zweites Ziel dieser Arbeit haben wir die Funktion von CD38 und VLA-4 in der Migration von CLL Zellen in das Knochenmark, in der Tumorzellproliferation und ihrem Überleben analysiert. Dabei haben wir einen signifikanten Zusammenhang zwischen dem CD38 und dem VLA-4 Risiko in CLL Patienten gefunden. Dennoch hatten 20% der CLL Patienten der Salzburger Kohorte ein unterschiedliches Risiko für CD38 und VLA-4 (CD38 Hoch-Risiko/VLA-4 Niedrig-Risiko und vice versa). Mit Hilfe dieser diskordanten Proben konnten wir den individuellen Beitrag von CD38 und VLA-4 zu der Auswanderung der CLL Zellen aus dem Blut in das Knochenmark ermitteln. Dazu wurden in Kurzzeit-Migrationsexperimenten humane CLL Zellen in immunsupprimierte NOD/SCID Mäuse injiziert. Wir konnten zeigen, dass VLA-4 und nicht CD38 für die Migration der Tumorzellen in das Knochenmark verantwortlich ist. Das Expressionslevel von VLA-4 auf den CLL Zellen korrelierte dabei direkt mit der Migrationsrate. Zudem konnte die Wanderung der Leukämiezellen in das Knochenmark durch die Behandlung der CLL Zellen mit anti-VLA-4 Antikörpern blockiert werden.<br />Des Weiteren konnten wir nachweisen, dass nur CLL Patienten mit einem hohen VLA-4 Risiko auch tatsächlich eine hohe Knochenmarksinfiltration aufweisen.<br />Interessanterweise war sowohl die Expression von CD38 als auch von VLA-4 in Leukämiezellen aus Knochenmarksproben höher als in denjenigen, die aus dem peripheren Blut stammten. Wir konnten außerdem zeigen, dass CD38+ und auch VLA-4+ Subpopulationen im Knochenmark eine erhöhte Expression des Proliferationsmarkers Ki-67 aufweisen. Um den Einfluss des Mikromilieus auf das Überleben der CLL Zellen zu bestimmen, haben wir die Tumorzellen entweder alleine oder zusammen mit Stroma-Zellen kultiviert. Letzteres führte zu einer hohen Viabilität der Zellen aller Patienten, was vor allem für die Proben der Hochrisikopatienten von hoher Relevanz war, da alleine kultivierte CLL Zellen dieser Patienten signifikant höhere spontane Apoptosisraten aufwiesen.<br />Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass CD38 und VLA-4 bedeutende Rollen in der Pathogenese der CLL spielen. Eine gezielte Blockierung dieser Moleküle wird neue Behandlungswege in der CLL ermöglichen. Die Anwendung des bereits für andere Erkrankungen zugelassenden anti-VLA-4 Antikörper Natalizumab könnte dazu führen, dass CLL Zellen daran gehindert werden, in das schützende Knochenmark einzuwandern und dadurch besser zugänglich für herkömmliche Chemotherapie sind. Anti-CD38 Antiköper werden gerade in klinischen Studien getestet und könnten ebenfalls zu einer effektiveren Kombinationstherapie beitragen.