Identifizierung von differentiell exprimierten Genen einer faktorenabhängigen Zelllinie mit einer Leukämie-assoziierten chromosomalen Aberration (3q21)

Abstract

Chromosomale Aberrationen spielen eine wichtige Rolle in der Entstehung von malignen Erkrankungen und sind häufig ein besonders wichtiges Ereignis in der Entstehung von Leukämien. Chromosomale Veränderungen, welche speziell die Bruchpunktregion 21 auf dem langen Arm des Chromosom 3 (3q21) betreffen, sind hierbei kein seltenes Phänomen, insgesamt sind mehr als 1000 Fälle bösartiger Erkrankungen mit Assoziation zu diesem Bruchpunkt bekannt. Ein Großteil dieser Erkrankungen sind akute Leukämien, wobei 3q21-Translokationen mit einer schlechten Prognose assoziiert sind. Die wachstumsfaktorunabhängige Zelllinie NOS1-FI, welche aus der GM-CSF abhängig wachsenden AML-Zelllinie NOS1 etabliert wurde und eine 3q21-Translokation aufweist, wurde als Modellsystem für die Untersuchung der Auswirkung der Translokation verwendet. In dieser Arbeit erfolgte eine vergleichende Untersuchung der Genexpression beider Zelllinien, wobei mehrere signifikant regulierte Gene im Bereich des Bruchpunkts identifiziert wurden. Diese Gene sind TMCC1 und KIAA1257 auf Chromosom 3 sowie NINJ2 und WNK1 auf Chromosom 12. Über die Funktion dieser Gene, insbesondere in Hinsicht auf mögliche proliferationsfördernde Eigenschaften, ist bislang wenig bekannt. Ihre Bedeutung hinsichtlich einer möglichen Rolle bei der Entstehung der Wachstumsfaktorunabhängigkeit bedarf weiterer Untersuchungen. Des Weiteren wurde untersucht, ob in der faktorunabhängigen Mutante NOS1-FI die Gene GATA2 und RPN1 eine Regulation der Expression zeigen. Diese beiden Gene wurden mehrfach im Zusammenhang mit 3q21-Aberrationen diskutiert. Beide Gene wiesen eine geringere Expression in der faktorunabhängigen Zelllinie auf, wobei beide Ergebnisse nicht statistisch signifikant waren. Unabhängig von der 3q21-Translokation wurden außerdem Gene untersucht, welche aufgrund ihrer bekannten proliferationsfördernden Eigenschaften bzw. wegen möglicher zytokinartiger Eigenschaften einen Einfluss auf die Wachstumsfaktorunabhängigkeit der NOS1-FI-Zellen haben könnten. Hierbei wurde für die Gene FLT3, AFF3 und CYTL1 eine starke Hochregulation ihrer Expression in der faktorunabhängigen Zelllinie nachgewiesen. Eine wichtige Rolle des FLT3-Proteins für das Wachstum der NOS1-FI Zellen konnte mittels eines Proliferationsversuches unter Zugabe eines FLT3-Inhibitors weitgehend ausgeschlossen werden. Unter Berücksichtigung der Datenlage zu den Funktionen von AFF3 ist eine Rolle dieses Gens bei der Entstehung der Wachstumsfaktorunabhängigkeit nicht zu belegen und muss daher in weiteren Experimenten untersucht werden. Aufgrund der äußerst starken Überexpression in den NOS1-FI-Zellen und der postulierten, jedoch bislang nicht bewiesenen, zytokinartigen Eigenschaften von CYTL1, ist dieses Gen der interessanteste Kandidat für eine mögliche Beteiligung amwachstumsfaktorunabhängigen Wachstum der NOS1-FI-Zellen. Weiterführende Untersuchungen mittels retroviraler Überexpression des Gens in den NOS1-Zellen, und ein Knockdown des CYTL1-Gens mittels siRNA in den NOS1-FI-Zellen sollten Aufschluss über die Funktion von CYTL1 für das wachstumsfaktorunabhängige Wachstum ergeben. Transgene Mausmodelle könnten zeigen, ob die Expression von CYTL1 in hämatopoetischen Stammzellen zur Leukämieentstehung in vivo beitragen kann.

Chromosomal aberrations are a key factor in the development of malignancies and are an important event in the emergency of leukemogenesis. Chromosomal abnormalities which involve the break point region 21 on the long arm of chromosome 3 (3q21) are thereby not a rare occurrence. In total there are more than 1,000 reported cases of malignant diseases which are associated to this chromosomal region. The majority of these cases are acute leukaemia where this particular chromosomal aberration goes along with a poor prognosis. The growth factor independent cell line NOS1-FI was established out of the GM-CSF dependent cell line NOS1. Moreover, NOS1-FI shows a 3q21 translocation, which was used as a model system for research on the effects of this specific chromosomal aberration. The thesis is focussing on a comparative analysis of gene expressions, which was performed on both cell lines. Thereby several regulated genes which were showing significant regulation were found. Those genes are TMCC1 and KIAA1257 on chromosome 3 and NINJ2 as well as WNK1 on chromosome 12. So far there is little known about the function and impact in cellular proliferation of the mentioned genes. Thus, more research is required to evaluate whether they are critical for the development of growth factor independence. Furthermore, it had been investigated whether the genes GATA2 and RPN1 have shown a regulation of expression in the NOS1-FI compared to the NOS1 cells. The role of the genes in the 3q21 translocation has been discussed several times in scientific literature. The analysis showed a slight decrease of expression in the NOS1-FI. However, these findings have not been statistically significant. Regardless of the 3q21 translocation, it was investigated if there were other genes that have the ability to enhance cell proliferation or have cytokine like characteristics and which are significantly regulated in their expression. Therefore, those genes would have the ability to induce factor independent growth. The genes FLT3, AFF3 and CYTL1 have been identified and were showing a strong and significantly higher expression in the factor independent cell line NOS1-FI. Since the FLT3-inhibitor was not showing a significant effect, a major role of FLT3 for the proliferation of the NOS1-FI could be widely excluded. In regards to the known data situation on AFF3, it could not yet be verified whether the gene takes an important part in the growth factor independent proliferation. Therefore, further research needs to take place. Due to the strong overexpression of CYTL1 and its postulated cytokine like abilities this gene is considered to be the most interesting candidate in the process of growth factor independence in the NOS1-FI cells. Additional information on the role of CYTL1 in growth factor independence could be generated by retroviral overexpression of the gene in the original NOS1 cells or a knockdown of the expression using siRNA in the NOS1-FI cells. Moreover, transgenic mouse models could show whether the expression of CYTL1 can induce or contribute to leukemogenesis in vivo.