Klonale Verwandtschaft leukämischer Zellen aus Hoden und Knochenmark bei Kindern mit kombiniertem testikulären Rezidiv der akuten lymphoblastischen Leukämie

Abstract

Trotz deutlicher Verbesserung der Therapie in den letzten vier Jahrzehnten erleiden zirka 20% der Kinder ein Rezidiv der akuten lymphoblastischen Leukämie (ALL). Jeder zweite Junge, der an einem extramedullären Rezidiv erkrankt, erleidet dabei eine Hodenbeteiligung. Diese Arbeit ist die erste molekulargenetische Untersuchung, die den klonalen Verwandtschaftsgrad leukämischer Zellen aus dem Hoden und dem Knochenmark (KM) zum Rezidivzeitpunkt erforscht. Der Vergleich wurde über die Analyse der Immunglobulin- (IG) und T-Zell-Rezeptor- (TCR) Genumlagerungen gezogen. Dazu wurde in den Leukämiezellen aus dem Hoden und dem KM nach den häufigsten Immungen-Umlagerungen in Standard-PCRs gescreent und nicht übereinstimmende Marker mittels Echt-Zeit-PCR und individuellen Primern quantifiziert. Auf diese Weise wurde ebenfalls mit allen verfügbaren DNA-Proben der Initialdiagnose verfahren. Es konnten 35 Probenpaare des kombinierten Rezidivs und in 17 Fällen zusätzlich das Material der Ersterkrankung analysiert werden. Alle untersuchten Patienten wurden nach dem ALL-REZ BFM 96 und 02 Therapieoptimierungsprotokoll behandelt. Es zeigte sich eine engere klonale Verwandtschaft zwischen Hoden und KM-Rezidiv als zwischen der Ersterkrankung und einem Rezidivorgan. Aus den klinischen und molekulargenetischen Ergebnissen konnten zwei Hypothesen zur Entstehung eines kombinierten Hodenrezidivs hergeleitet werden: Die erste Hypothese folgert, dass eine prä- leukämische, häufig TEL/AML-1 positive Stammzelle die Ersterkrankung verursachen und die Ersttherapie überdauernd aus dem Hoden heraus eine zweite, „neue“ Leukämie begründen könnte. Die zweite Hypothese sieht Subklone einer häufig oligoklonalen, aggressiven Ersterkrankung, die unter Selektionsdruck in den Hoden migrieren. Dort verändert sich die Dominanz einzelner Subklone, die ein frühes kombiniertes Hodenrezidive verursachen.

Despite impressive improvements in the treatment of childhood ALL relapses occur in about 20% of patients. About half of male patients with an extramedullary disease show a testicular involvement of ALL. Fifty percent of these boys suffer from combined testicular relapse. Less is known about the mechanisms resulting in the preferential migration of leukemic cells into the testis. In the present experiment we assessed the clonal relationship of leukemic blasts derived from the testes and the BM at relapse and the BM at initial diagnosis (ID) to learn more about the nature of leukemic cells migration into the testis. Our study included 35 boys with testicular involvement at relapse. In 17 cases material of the ID was available. All patients were included in the ALL-REZ BFM (Berlin-Frankfurt-Münster) study protocols 96 or 02. Clonal immuno-globulin (Ig) and T-cell receptor (TCR) gene rearrangements identified by PCR, Sanger sequencing and clone specific real- time PCR were used to describe clonal populations, their evolution and relationship. Considering clinical aspects, we developed two hypotheses based on the molecular genetic findings: some combined testicular relapses may have their roots in a pre-leukemic, often TEL/AML-1 positive stem cell which outlasts the treatment of first disease in the testes. A new second hit generates a new second leukemia that occurs in most cases more than six months after the first complete remission. But our findings show that in some patients subclones of an apparently more aggressive initial disease immigrate into the testes. These clones survived the initial treatment in the testes and may be responsible for mostly early relapses. Our findings emphasize the heterogeneity of leukemic diseases and offer a great approach for continued research, for instance, on TEL/AML-1 positive leukemic cells in the testis at ID or by Next Generation Sequencing.