Oncogenic signaling cascades in Cutaneous T Cell Lymphomas: implications for pathogenesis, diagnosis and targeted therapies

Abstract

Introduction: Cutaneous T-cell lymphomas (CTCL) forms a heterogeneous group of non-Hodgkin lymphomas which by definition originates through clonal expansion of neoplastic T-cells homing to the skin without further systemic involvement at the time of diagnosis. Despite significant progress made in the identification of novel genes and pathways involved in the pathogenesis of cutaneous lymphoma, the prognosis especially in advanced stage disease is still poor. The so far identified genes enclose several known oncogenes and tumorsuppressor genes, which are involved in major pathways regulating the cell cycle, cell survival or apoptosis but the therapeutic value of these findings has still to be proven and there remains a particular need for treatments of patients with advanced stage CTCL. There are three human homologues of Aurora kinases, A, B, C, which share a high degree of sequence homology. Aurora kinase A is in principle expressed in most normal cells, but its overexpression has been reported in several tumors. This resulted in the development of several AURK inhibitors (AURK-I), which are currently tested in first clinical trials and have become a promising therapeutic option in cancer therapy. In cutaneous lymphoma, the status of Aurora kinase A is still poorly studied and the role of Aurora kinase A inhibitor has still to be proven. Methodology: In an approach to further define pathways and to identify novel potential targets for therapeutic intervention, we have investigated gene expression profiles of CTCL samples of different stages compared to normal skin by microarray and real time reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis, focusing on genes encoding serine/threonine kinases and serine/threonine/tyrosine receptor kinases which can be targeted with small molecule inhibitors. After incubation of several CTCL cell lines and primary T-cells of healthy controls with a specific AURKA inhibitor cell viability, cell cycle inhibition and apoptosis was assessed. Results and conclusions: We could demonstrate that aurora kinase A is one of highly overexpressed serine/threonine kinases in CTCL skin samples and primary tumor cells from patients with Sézary Syndrome. Moreover, treatment with a specific aurora kinase A inhibitor blocks cell proliferation by inducing cell cycle arrest in G2 phase in CTCL cell lines as well as stimulated primary T-cells as well as apoptosis in one of 4 CTCL cell lines, but had no negative effect on unstimulated primary T-cells. These data provide a promising rationale for using aurora kinase A inhibition as a therapeutic modality of CTCL.

Einleitung: Die Kutanen T-Zell-Lymphome (KTZL) bilden eine heterogene Gruppe innerhalb der Non-Hodgkin-Lymphome. Sie entstehen durch eine klonale Expansion neoplastischer T-Zellen in der Haut und zeigen zum Zeitpunkt der Diagnose per Definition keinen weiteren systemischen Befall. Trotz erheblicher Fortschritte bei der Identifizierung neuer Gene und Signalwege, welche in der Pathogenese Kutaner Lymphome involviert sind, ist die Prognose für Patienten im fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung weiterhin schlecht. Zwar befinden sich unter den bisher bekannten Genen eine Reihe bekannter Onkogene und Tumorsuppressoren, mit wichtigen Funktionen innerhalb des Zellzyklusses oder innerhalb von Signalwegen, welche das Überleben der Zelle oder die Apoptose regulieren, ein direkter therapeutischer Nutzen dieser Erkenntnisse konnte daraus bisher jedoch in vielen Fällen nicht gewonnen werden. Es besteht daher weiterhin ein dringender Bedarf an neuen Therapiemöglichkeiten für späte Stadien Kutaner Lymphome. Beim Menschen existieren drei Aurorakinasen (AURK), AURK-A, AURK-B und AURK-C mit hoher Sequenze-Homologität. AURK-A wird in den meisten Zellen gebildet, für eine Reihe an Tumoren wurde jedoch eine deutliche Überexpression beschrieben. Folglich kam es zur Entwicklung verschiedener AURK-Inhibitoren, die zur Zeit in ersten klinischen Studien getestet werden und die eine vielversprechende Option für die Krebstherapie darstellen. Für Kutane Lymphome existieren bisher nur wenige Daten zur Rolle der AURK-A und einer möglichen Bedeutung ihrer Inhibition zu therapeutischen Zwecken. Methodik: Zur genaueren Charakterisierung von krankheitsrelevanten Signaltransduktionswegen und zur Identifizierung neuer potentieller Zielmoleküle für eine therapeutische Intervention wurden mittels Genexpressions-Arrays und Reverser-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion Hautproben unterschiedlicher KTZL-Stadien miteinander und mit gesunder Haut verglichen. Der Fokus lag dabei auf Genen, welche für Serin/Threonin-Kinasen bzw. Rezeptor-Serin/Threonin/Tyrosin-Kinasen kodieren und welche mittels chemischer Inhibitoren beeinflusst werden können. Nach Behandlung mehrerer KTZL-Zelllinien und primärer T-Zellen gesunder Spender mit einem für AURK-A spezifischen Inhibitor wurden im Anschluss Einflüsse auf die Zellviabilität, den Zellzyklus und die Apoptose untersucht. Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Wir konnten zeigen, dass AURK-A in Hautproben von KTZL-Patienten und primären Tumorzellen von Patienten mit Sézary Syndrom zu den am stärksten überexprimierten Genen der Familie der Serin/Threonin-Kinasen gehört. Die Hemmung mit einem spezifischen AURK-A Inhibitor führt in KTZL-Zelllinien und stimulierten primären T-Zellen zu einem Zellzyklus-Arrest in der G2-Phase und löst in einer von vier KTZL-Linien zusätzlich Apoptose aus. Auf unstimulierte primäre T-Zellen konnte kein negativer Effekt beobachtet werden. Diese Daten bilden eine vielversprechende Grundlage zur Verwendung von AURK-A-Inhibitoren als Therapieoption bei KTZL.