Beeinflussung der Interaktion von Myelomzellen und Stromazellen durch Hemmung von CD 38 mittels des monoklonalen Antikörpers Daratumumab

Abstract

Einleitung. Das Multiple Myelom (MM) ist eine unheilbare maligne Plasmazelldyskrasie mit einer insgesamt schlechten Prognose. Die mesenchymalen Stromazellen (BMSC) aus dem MM-Knochenmark zeigen im Vergleich mit den gesunden BMSC aberrante Sekretionsprofile sowie veränderte Genexpression. Die Interaktionen zwischen den Tumorzellen und den BMSC spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese des Multiplen Myeloms. Durch die Sekretion tumorfördernder Faktoren (v.a. Interleukin-6) unterstützen sie das Tumorwachstum sowie tragen zur Entstehung von Resistenzen gegen Chemotherapeutika bei. Daratumumab ist ein monoklonaler Antikörper gegen CD38, der in der Therapie des MM eingesetzt wird. Die Wirkmechanismen von Daratumumab umfassen eine direkte Apoptoseinduktion, Fc-vermittelte Zytotoxizität und Phagozytose sowie Immunmodulation. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Daratumumab auf die BMSC und ihre Interaktionen mit den Myelomzelln in vitro. Methoden. Die primären mesenchymalen Stromazellen vom MM-Knochenmark sowie die gesunde BMSC-Zelllinie HS-5 wurden unter verschiedenen Bedingungen kultiviert: Monokultur, Kokultur mit MM-Zellinien, Kokultutur mit vorbehandelten MM-Zellen, Behandlung mit Daratumumab. Nach der Kultivierung wurden die Vitalparameter Vitalität, absolute Wachstumsrate und relative Wachstumsrate bestimmt. Danach erfolgte die RNA-Isolierierung. Anschließend wurde mittels qPCR die Genexpression von IL-6, CD38, SIRT1, SIRT3, TP53, CCL2, IRF2BP2 und B2M in den BMSC quantifiziert. Ergebnisse. Die BMSC zeigten reduzierte Vitalparameter in der Kokultur sowie bei Behandlung mit Daratumumab. Die MM-Zellen zeigten in der Kokultur signifikant erhöhte Wachstumsraten im Vergleich zur Monokultur. Neben der Behandlung führte auch die Vorbehandlung zum nicht signifikanten Anstieg der Vitalparameter der MM-Zellen. Die mit MM kokultivierten BMSC exprimierten signifikant mehr CD38, SIRT3 und CCL2. Unter der Behandlung mit Daratumumab ist die Expression von CD38, TP53, CCL2 gestiegen, jedoch nicht signifikant. Diskussion. Die Verschlechterung der Vitalparamter durch die Kokultur mit den MM-Zellen korreliert mit der reduzierten Expansionskapazität. Damit ist auch die erhöhte Expression von SIRT3 und CD38 plausibel, die die Alterungs- und Seneszenzprozesse modulieren. Die vermehrte Expression des proinflammatorischen CCL2 in der Kokultur zeigt die Rolle der BMSC in der Etablierung des Tumormicroenvironments. Die nicht signifikante Wirkung von Daratumumab auf die BMSC ist durch ihre geringe Expression von CD38 erklärbar. Der leicht negative Einfluss der Behandlung auf die Vitalparameter geht mit zellulärem Stress einher, der sich jedoch nicht einheitlich in der Genexpression abbildete. Insgesamt zeigt diese Arbeit die zentrale Rolle der Interaktionen zwischen Tumor und Stroma und ihre Resultate suggerieren, dass sie das Tumormicroenvironment stärker als die medikamentösen Interventionen beeinflussen können.

Introduction. Multiple myeloma (MM) is a malignant plasma cell disorder with a poor prognosis. The bone marrow stromal cells (BMSC) from patients with MM have been shown to differ from their healthy counterparts in the secretion profile and gene expression. The interactions between the tumor and the BMSC play an important role for the pathogenesis of multiple myeloma. Due to secretion of supportive factors (especially interleukin-6) BMSC promote tumor growth and can contribute to acquiring drug resistance in MM. Daratumumab is a monoclonal antibody against CD38 used in the anti-cancer therapy of MM. Its mechanisms of action include direct apoptosis induction, Fc-dependent cytotoxicty and phagocytosis, as well as immunomodulatory effects. This study investigated in vitro the impact of daratumumab on the BMSC beneath their interactions with MM cells. Methods. Primary BMSC from myeloma patients and the healthy stromal cell line HS-5 were cultivated under different conditions: monoculture, coculture with MM cell lines, coculture with pretreated MM-cells, treatment with daratumumab. Following the cultivation vital parameters (vitality, absolute and relative growth ratio) were measured. Afterwards the RNA isolation proceeded. Finally qPCR was performed to quantify the gene expression levels of IL-6, CD38, SIRT1, SIRT3, TP53, CCL2, IRF2BP2 and B2M in the BMSC. Results. Coculture with MM cells and treatment with daratumumab reduced the vital parameters of BMSC. The cocultivated MM cells showed significantly increased growth ratios in comparison with the monoculture. Both, the treatment and pretratment, increased (non significantly) the vital parameters of the MM cells. A significantly higher expression of CD38, SIRT3 and CCL2 was found in cocultivated BMSC. The treatment with daratumumab led to increased expression of CD38, TP53, CCL2, however not significantly. Discussion. Reduced vital parameters of cocultivated BMSC correlate with their reduced expansion capacity. This observation corresponds futhermore with the higher expression of CD38 and SIRT3, both involved in aging und senescence. The increased expression of proinflammatory CCL2 in the coculture shows the role of the BMSC in establishing of the tumor microenvironment. Not significant treatments' effects on the BMSC can be explained by their low CD38 expression. Daratumumab can cause cellular stress condition resulting in lower vital prameters, but this phenomenon was not clearly detectable on the molecular level. All results considered, the presented central role of the interactions between myeloma and BMSC suggests that this interplay has more impact on the tumor microenvironment than the drug treatment.