Die Bedeutung von BAALC (brain and acute leukemia, cytoplasmic) und assoziierter Gene in akuten Leukämien

Abstract

Akute Leukämien stellen klinisch und molekulargenetisch sehr heterogene Erkrankungen dar. In den vergangenen Jahren konnte durch die Identifizierung molekulargenetischer Veränderungen eine Zuordnung in spezifische Risikogruppen vorgenommen und somit eine Therapieoptimierung erzielt werden. Molekulare Marker erlauben zudem Einblicke in die der Leukämogenese zugrunde liegenden pathogenetischen Mechanismen und bilden potentielle Angriffspunkte für die Entwicklung von neuen zielgerichteten Substanzen. Vor diesem Hintergrund wurde sowohl die prognostische Bedeutung als auch die biologische Funktion von BAALC und dessen assoziierten Genen in der vorliegenden Arbeit untersucht. Für BAALC wurde eine prognostische Bedeutung bereits für die CN-AML und T-ALL beschrieben, die einen therapieresistenten Leukämiesubtyp charakterisiert. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die prognostische Wertigkeit von BAALC in der B-ALL dargestellt werden und somit eine linienunabhängige pathophysiologische Bedeutung des Gens postuliert werden. Darüber hinaus wurde einer Identifizierung von Prognosemarkern in der T-ALL nachgegangen. In vorangegangenen Studien konnte eine prognostische Wertigkeit von WT1-Mutationen bei AML-Patienten gezeigt werden, die mit einer hohen BAALC- Expression assoziiert waren. Aufgrund der linienübergreifenden prognostischen Bedeutung von BAALC wurde die Rolle von WT1 in der T-ALL untersucht. WT1-Mutationen wurden in 8% der T-ALL-Patienten identifiziert, zeigten jedoch eine geringere prognostische Wertigkeit als bei der AML. Im Gegensatz dazu konnte eine aberrante WT1-Expression mit einem schlechten Gesamtüberleben der Patienten assoziiert werden. Die Bestimmung der BAALC-Expression in der B-ALL sowie der WT1-Expression in der T-ALL stellt insbesondere für schlecht charakterisierte Subgruppen einen interessanten Ansatzpunkt zur Risikostratifizierung dar. Neben der Bestimmung der prognostischen Bedeutung von BAALC und assoziierter Gene wurden deren pathophysiologische Mechanismen untersucht. Funktionelle Analysen konnten einer aberranten BAALC-Expression jedoch keine aktive Rolle in der Hämatopoese und Leukämogenese zuweisen. Daher ist anzunehmen, dass BAALC einen Surrogatmarker darstellt und andere ko- regulierte Gene für die Chemotherapieresistenz verantwortlich sind. Hier konnte IGFBP7 als interessantes Target-Gen identifiziert werden. Ähnlich wie BAALC konnte eine erhöhte Expression von IGFBP7 mit einem ungünstigen primären Therapieansprechen und einem verkürzten Überleben assoziiert werden. Im Gegensatz zu BAALC konnten funktionelle Analysen IGFBP7 eine aktive Rolle in akuten Leukämien zuschreiben. So konnte für IGFBP7 eine Hemmung der Zellproliferation, insbesondere der S-Phase, gezeigt werden. Diese Hemmung der Proliferation könnte zu einer geringeren Sensitivität der Zellen gegenüber zellzyklusaktiven Zytostatika führen. Darüber hinaus konnte eine hohe Expression von BAALC und IGFBP7 mit Stammzelleigenschaften assoziiert werden. Vor diesem Hintergrund wurde ein Modell entwickelt, welches eine mögliche Rolle von BAALC und IGFBP7 in der Interaktion zwischen der HSC bzw. LSC und der Stammzellnische beschreibt. Die Identifizierung von IGFBP7 als eine neue molekulare Zielstruktur könnte zur Klärung der zugrunde liegenden Regulationsmechanismen der BAALC-assoziierten Chemotherapieresistenz beitragen und für mögliche neue therapeutische Konzepte herangezogen werden.

Acute leukemias are a heterogeneous group of malignancies with varying clinical, morphological, immunological, and molecular characteristics. Over the past decades identification of molecular abnormalities allowed the assignment of patients into specific risk groups, which contributed to optimized leukemia treatment. In addition to the prognostic value of the molecular risk factors, characterization of these abnormalities provided insights into the pathomechanisms of acute leukemias. In this context, the prognostic and biological role of BAALC and related genes was evaluated. BAALC is a known prognostic marker in CN-AML and T-ALL. Aberrantly high BAALC expression in adult acute leukemia patients has been associated with chemotherapy resistance. In the first study, we provided evidence of the prognostic value of BAALC in B-precursor ALL, supporting a lineage independent role of BAALC in leukemogenesis. In order to define a molecularly-based treatment stratification in T-ALL, the role of prognostic markers were investigated in this entity. In recent studies, WT1 mutations were of prognostic significance in AML patients and intrestingly, mutations were associated with high expression of BAALC. As BAALC was shown to share prognostic significance in AML and T-ALL, we reasoned that WT1 mutations might also be of prognostic significance in T-ALL. WT1 gene mutations were identified in similar frequency as previously shown in AML but of less prognostic significance in T-ALL. However, aberrant WT1 expression was of independent prognostic significance associated with inferior outcome, thus suggesting a role of WT1 in T-ALL. Determination of WT1 and BAALC expression might in the future facilitate treatment stratification for molecularly undefined subgroups of T-ALL and adult B-precursor ALL, respectively. In order to gain insights into the biological function of prognostic markers, we focused on the role of BAALC in hematopoiesis and leukemogenesis. However, functional analyses did not provide a molecular role of BAALC on drug resistance, proliferation and differentiation. Consequently, we concluded that BAALC is rather a surrogate marker for treatment failure in acute leukemia and co-regulated genes might contribute to the molecular basis of drug resistance. Hence, we identified IGFBP7 as a new candidate gene involved in acute leukemia. Similar to BAALC, elevated IGFBP7 expression was associated with a lower response rate to induction therapy and an inferior overall survival in T-ALL patients. However, in contrast to BAALC, IGFBP7 may have a functional role in leukemogenesis and might contribute to the molecular mechanisms of drug resistance. In particular we showed that IGFBP7 suppressed proliferation, suggesting that IGFBP7 might promote resistance to cell cycle specific cytotoxic agents via a decrease in replicative activity in these cells. Moreover, high expression of BAALC and IGFBP7 in acute leukemias was associated with stem cell features. In this context, a model was developed based on experimental data, suggesting a role for BAALC and IGFBP7 in the interaction of the HSC and LSC within the bone marrow niche. Identification of IGFBP7 as new candidate gene involved in leukemia might help to gain further insights into the mechanism of BAALC-associated chemotherapyresistance and may result in the design of new targeted therapies.