Simultane Aktivierung und Inhibition antiapoptotischer Signaltransduktionswege in der Akuten Myeloischen Leukämie
Final Report Abstract
Im beantragten Projekt sollte das Zusammenspiel zweier Signalwege (PI3K/Akt und MEK/ERK) hinsichtlich ihrer Rolle in der Pathogenese und Prognose in der akuten myeloischen Leukämie (AML) untersucht werden. In Erweiterung zum ursprünglich beantragten Projekt wurde die Aktivierung dieser Signalwege durch physiologische Hypoxie untersucht sowie die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen erarbeitet. In einem ersten Schritt wurde belegt, dass, anders als unter Standardlaborbedingungen (= 21% O2), im Knochenmark von Patiententen mit AML (n=19) eine physiologische Hypoxie von 6% O2 herrscht. Die experimentelle Simulierung dieses PO2 führt zu einer Aktivierung der P13K/Akt und der MEK/ERK Signalkaskade sowohl in AML Zelllinien als auch in Patientenproben. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung von MEK/ERK unter physiologischer Hypoxie, nicht aber unter Standardlaborbedingungen, unter die direkte Kontrolle von PI3K gerät, während die Aktivierung durch Ras (als kanonischer Aktivator der MAP-Kinasen) eher eine untergeordnete Rolle spielt. Diese durch die Simulierung physiologischer Bedingungen induzierte Aktivierung von Akt und ERK resultiert im Tiermodell in einem beschleunigten und verstärkten Engraftment von an Hypoxie adaptierten Zelllinien. Trotz der gesteigerten Aktivität von ERK in Hypoxie besitzen pharmazeutische Inhibitoren von ERK in-vitro ein ähnliches antileukämisches Potential wie unter normoxischen Bedingungen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die PI3K Aktivität unter physiologischer Hypoxie abhängig von membranständigen lipid rafts ist und dass unter physiologischem PO2 AML Blasten eine erhöhte Zahl an lipid rafts besitzen. Eine pharmazeutische Zerstörung dieser lipid rafts führt zu einem Verlust der gesteigerten ERK und Akt Aktivierung in Hypoxie, nicht aber unter Standardlaborbedingungen. Die erhöhte Zahl von lipid rafts unter hypoxischen Bedingungen führt weiterhin zu einer erhöhten Expression raft-ständiger Oberfiächenrezeptoren, was exemplarisch am Beispiel von CXCR4 untersucht wurde. Während physiologische Hypoxie zu einer vermehrten Expression von CXCR4 führt, resultiert Re-Oxygenierung hypoxischer Zellen mit 21% O2 in einem Verlust von lipid rafts und damit zum Verlust von CXCR4 (sowie von Akt/ERK Phosphorylierung). Als neuer Mechanismus dieses Verlustes von zellulärem CXCR4 durch Re-Oxygenierung konnte ein shedding von Mikropartikeln gezeigt werden, welche Eigenschaften von lipid rafts besitzen und CXCR4 beinhalten. Die durchgeführten Untersuchungen legen nahe, dass die Untersuchung von z. B. Signalkaskaden und Immunphänotyp in der AML unter möglichst physiologischen Bedingungen durchgeführt werden sollten.
Publications
- CXCR4 expression and biologie activity in acute myeloid leukemia are dependent on oxygen partial pressure. Blood 2009 Feb 12;113(7):1504-12
Fiegl M, Samudio I, Clise-Dwyer K, Burks JK, Mnjoyan Z, Andreeff M
