Epigenetic modifications in lymphoma: Relevance for pathogenesis and treatment

Abstract

Lymphomas comprise a very heterogeneous group of haematological cancers that originate from B or T lymphocytes, also known as B and T cells. For a long time, the malignant transformation of B and T cells was mainly associated with genomic alterations, but within the last decade epigenetic modifications were recognized as additional important factors in the pathogenesis of almost all lymphoma entities. Epigenetic mechanisms like DNA methylation and histone modifications regulate gene expression without altering the underlying DNA sequence. Normally, these processes of gene expression regulation are involved in organ development or cell proliferation. In cancer cells, epigenetic alterations are frequently caused by mutations in chromatin- and/or DNA methylation pattern-modifying enzymes. As a consequence, the accessibility of DNA for transcription factors and thus the respective gene expression is altered. The analysis and understanding of these epigenetic modifications in lymphoma cells is of great clinical relevance since epigenetic modifications can be pharmacologically reversed by using so-called “epidrugs” like DNA methylation inhibitors and histone deacetylation (HDAC) inhibitors. The restoration of the physiological epigenetic landscape might stop uncontrolled cellular proliferation and is thus thought to be a further therapeutic option. However, the determination of biomarkers is essentially required to identify patients who will benefit from treatment with epidrugs. Therefore, the aim of this thesis was (i) to further unravel the role of epigenetic modifications in the pathogenesis of lymphoma and (ii) the identification of markers, which allow a stratification of lymphoma patients eligible for epigenetic therapy with HDAC inhibitors. Regarding (i) the involvement of epigenetic modifications in the pathogenesis of anaplastic large cell lymphoma (ALCL) was in focus. ALCL shows a significant repression of the T-cell expression program despite its T-cell origin. This study identified that mainly two epigenetic mechanisms are involved in the process: (a) epigenetic activation of suppressors of lineage fidelity such as ID2 leading to the down-regulation of T-cell-specific genes and (b) epigenetic silencing of important T-cell transcription factors. Concerning (ii) this study determines the Src tyrosine kinase FGR as a factor mediating resistance to HDAC inhibitor suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA) in B-cell lymphoma. Thus, expression of FGR appears to be a promising marker to stratify patients who benefit from SAHA treatment. Taken together, this thesis provides additional evidence that epigenetic modifications play an essential role in the pathogenesis of lymphoma and that the modulation of these epigenetic modifications by epidrugs represents a promising therapeutic option for a subset of lymphoma patients.

Lymphome umfassen eine sehr heterogene Gruppe von hämatologischen Krebserkrankungen, die von B- oder T-Lymphozyten – auch B- und T-Zellen genannt – abstammen. Lange Zeit wurden genomische Aberrationen und Mutationen als Hauptursache der malignen Transformation von B- und T-Zellen angenommen. Im letzten Jahrzehnt zeigte sich jedoch, dass auch epigenetische Modifikationen in der Pathogenese fast aller Lymphomentitäten eine wichtige Rolle spielen. Epigenetische Mechanismen wie die Methylierung der DNA und Modifikationen an Histonproteinen regulieren die Genexpression ohne die zugrundeliegende DNA-Sequenz zu verändern. Diese genregulatorischen Prozesse sind normalerweise an der Organentwicklung oder der Zellproliferation beteiligt. In Krebszellen entstehen epigenetische Veränderungen häufig durch Mutationen in Chromatin- und/oder DNA-Methylierungsmuster-modifizierenden Enzymen. Als Folge wird die Zugänglichkeit der DNA für Transkriptionsfaktoren und damit die jeweilige Genexpression verändert. Die Analyse und das Verständnis dieser epigenetischen Veränderungen in Lymphomzellen sind von großer klinischer Relevanz, da diese pharmakologisch mit Hilfe sogenannter „Epidrugs", wie DNA-Methylierungs- und Histondeacetylase (HDAC)-Inhibitoren, rückgängig gemacht werden können. Die Wiederherstellung der physiologischen epigenetischen Landschaft könnte das unkontrollierte Zellwachstum stoppen und somit als zusätzliche Therapieoption für Lymphompatienten dienen. Jedoch ist das Bestimmen von Biomarkern dringend erforderlich, um Patienten zu identifizieren, die von einer Behandlung mit Epidrugs profitieren würden. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, (i) die Rolle epigenetischer Modifikationen bei der Entstehung von Lymphomen besser zu verstehen und (ii) Marker zu identifizieren, die eine Stratifizierung von Lymphompatienten ermöglichen, die für eine epigenetische Therapie mit HDAC-Inhibitoren geeignet sind. Bezüglich (i) stand die Beteiligung von epigenetischen Veränderungen in der Pathogenese von anaplastisch großzelligen Lymphomen (ALCL) im Fokus. Charakteristisch für ALCL ist die signifikante Herunterregulation des T-Zell-Phänotyps trotz ihrer T-Zell-Abstammung. Diese Arbeit zeigt, dass hauptsächlich zwei epigenetische Mechanismen an diesem Prozess beteiligt sind: (a) die epigenetische Aktivierung von Suppressoren wie ID2, die zu einer Herunterregulierung der T -Zell-spezifischen Genen führt, und (b) die epigenetische Stilllegung wichtiger T-Zell-Transkriptionsfaktoren. Im Hinblick auf (ii) konnte die Src Tyrosinkinase FGR als Faktor bestimmt werden, der die Resistenz gegenüber dem HDAC Inhibitor SAHA (suberoylanilide hydroxamic acid) in B-Zell-Lymphomen vermittelt. Die Expression von FGR stellt demnach einen vielversprechenden Marker dar, um Lymphompatienten zu identifizieren, die von einer SAHA Behandlung profitieren könnten. Zusammengefasst liefert diese Arbeit zusätzliche Hinweise darauf, dass epigenetische Modifikationen eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von Lymphomen spielen und dass die Modulation dieser epigenetischen Modifikationen durch Epidrugs für einige Lymphompatienten sehr vielversprechend sein kann.