Posttranskriptionelle Regulation der Genexpression in der pädiatrischen Hämatologie und Onkologie

Abstract

Die eukaryotische Genexpression wird durch verschiedene transkriptionelle und posttranskriptionelle Mechanismen reguliert. Die transkriptionelle Dysregulation der Genexpression wurde bereits als wichtiger pathogener Faktor für viele maligne Erkrankungen identifiziert, während über die Rolle posttranskriptioneller Regulation der Genexpression für Erkrankungen der pädiatrischen Hämatologie und Onkologie bislang nur wenig bekannt ist. Die vorgelegte Habilitationsschrift beschreibt meine Untersuchungen zur molekulargenetischen Charakterisierung verschiedener posttranskriptioneller Regulationsmechanismen und andererseits mit der Bedeutung dieser Mechanismen für verschiedene hämatologische und onkologische Erkrankungen im Kindesalter. Durch neonatales Screening von mehr als 98% der Neugeborenen in Berlin, konnten wir nachweisen, dass eine hereditäre Thrombophilie durch die PT G20210A oder die FVL Mutationen zu einem erhöhten Risiko prä- oder perinataler thrombotischer Ereignisse bei homozygoten oder doppelt heterozygoten Merkmalsträgern führt, jedoch zu keiner Thrombophilie in den ersten beiden Lebensjahren führt. Überraschenderweise zeigte sich außerdem, dass ein homozygoter Genotyp für die PT G20210A Mutation nicht mit einem erhöhten Risiko für eine Früh- oder Fehlgeburtlichkeit einhergeht, sondern im Gegenteil einen fetalen Überlebensvorteil, möglicherweise aufgrund einer verbesserte Implantationseffizienz, darstellt. Die Expression vieler zellulärer Regulationsproteine wird über einen alternativen Translationsinitiationsmechanismus, welcher eine Proteinsynthese auch in Phasen zellulären Stresses möglich macht, reguliert. Unsere molekulargenetische Charakterisierung der internal ribosomal entry site (IRES)-vermittelten Transla¬tionsinitiation führte zu einem Modell, welches ohne mehrere für die generelle Translationsinitiation essentielle Proteine auskommt. Auch die Expression von XIAP (X-linked inhibitor of apoptosis protein), eines der zentralen Regulationsproteine der Apoptose, kann durch IRES-vermittelte Translationsinitiation kontrolliert werden. Für die ALL des Kindesalters konnten wir eine starke XIAP Überexpression nachweisen, die durch einen posttranskriptionellen Regulationsmechanismus zustande kommt und für T-ALL Patienten mit einem schlechtem Ansprechen auf die Therapie und erhöhtem Risiko für Rezidive einhergeht. Ob IRES-vermittelte Translationsinitiation hierzu beiträgt, muss zum gegenwärtigen Zeitpunkt offen bleiben. Erste Daten zur medikamentösen XIAP Inhibition in ALL Zellinien lassen diese als einen vielversprechenden neuen Ansatz für die Behandlung der therapierefraktären ALL des Kindesalters erscheinen.

Eukaryotic gene expression is regulated by several transcriptional and posttranscriptional mechanisms. Transcriptional dysregulation of gene expression has been identified as important factor in the pathogenesis of many malignant diseases. In contrast, little is known about the role of posttranscriptional regulation of gene expression in pediatric hematology and oncology. This thesis summarizes my research with respect to molecular characterization of different posttranscriptional mechanisms of gene regulation as well as the relevance of these mechanisms in pediatric hematology and oncology. Neonatal screening of more than 98% of the newborns in Berlin showed, that the homozygous or double heterozygous risk genotypes for PT G20210 or FVL are associated with an increased risk for pre- or perinatal thrombotic events but not with thrombophilia during the first 2 years of life. Surprisingly, homozygous genotype for PT G20210A was not associated with increased risk for prenatal loss or premature birth but in contrast with a prenatal advantage, possibly by increased implantation efficiency. Expression of several cellular regulatory proteins is controlled by an alternative translation initiation mechanism that allows protein synthesis even during cellular stress. Molecular characterisation of internal ribosomal entry site (IRES) mediated translation initiation resulted in a model lacking initiation factors essential of general translation initiation. Expression of the central inhibitor of apoptosis XIAP (X-linked inhibitor of apoptosis protein) is regulated via IRES-mediated translation initiation. In childhood ALL, we found a strong posttranscriptional, possibly IRES-mediated, upregulation of XIAP expression. In T-cell ALL, XIAP expression levels are associated with poor response to chemotherapy and poor outcome. Fist data indicate, that XIAP inhibition by small molecules (SMAC mimetics) might present a novel treatment strategy for resistant ALL during infancy and childhood.