Bcl-2 Proteine in der Pathobiologie und Therapie der Chronisch Lymphatischen Leukämie

In chronisch lymphatischer Leukämie (CLL) ist sowohl das Überleben von Tumorzellen, wie auch deren Chemoresistenz zurückzuführen auf eine abnorme Regulation von Apoptose Signalwegen. Ex vivo tritt Apoptose in CLL Zellen jedoch sehr rasch auf, wodurch deutlich wird, dass ein zielgerichter, funktioneller Mechanismus zur Induktion von Zelltod prinzipiell existiert. In vivo wird dieser Zelltod induzierende Mechanismus jedoch durch Überlebensstimuli, vermittelt über Zellen des Mikromilieus, übergangen. CLL Zellen exprimieren hohe Mengen des anti-apoptotischen Proteins Bcl-2, welches weiter positive Überlebensfaktoren wie Mcl-1, Bcl-XL und A1 nach Signalen aus dem Mikromilieu induzieren kann. Paradoxerweise sind aber auch pro-apoptotische Proteine wie Bim, Bmf und Noxa in CLL Zellen exprimiert, was als gescheiterter Versuch der normalen und funktionellen Zelltod Maschinerie die abnormen Tumorzellen entfernen zu wollen, interpretiert werden kann. Nach der Behandlung mit dem zytotoxischen Chemotherapeutikum Fludarabin, welches immer noch als Goldstandard für die Therapie von CLL angesehen wird, kommt es zudem zu einer Hochregulation des ebenfalls pro-apoptotische Proteins Puma. In der hier vorgeschlagenen Studie ist es unser Ziel jene relevanten Apoptose Mediatoren, sowie deren übergeordnete Signalwege zu identifizieren, die entscheidend daran mitwirken könnten die Balance von CLL Zellen in Richtung Zelltod umzukehren, mit dem Hintergrund neue Therapiekonzepte für eine ansonsten unheilbare Erkrankung zu finden. Relevante Signale die im Mikromilieu für das Überleben von CLL Zellen mit großer Sicherheit eine Rolle spielen, beinhalten Antigenstimulation, zelluläre Adhäsion sowie T-Zell CLL-Zell Interaktionen, was uns die Möglichkeit gibt die Auswirkung dieser verschiedenen Stimuli und Signalwege auf Mitglieder der Bcl-2 Familie in einem malignen Kontext zu untersuchen. Aus diesem Grund planen wir (i) die Identifikation jener Mitglieder der Bcl-2 Familie deren Defizienz oder Überexpression einen signifikanten Einfluss auf die Tumor Entwicklung hat, (ii) eine stringente Charakterisierung der übergeordneten Signale aus dem Mikromilieu und deren Signalübertragung die letztlich zur Modulation entscheidender Apoptose Regulatoren führt und (iii) die Entwicklung einer eleganten Wirkstoff Kombination zur Behandlung von CLL, welche einerseits relevante Zelltod assoziierte Signalwege induziert und anderseits diese Signale durch die Verwendung geeigneter BH3 Mimetika amplifiziert. Aufgrund der komplexen Abhängigkeit der CLL Zellen von Ihrem Mikromilieu werden wir sowohl aufwändige Kokultur Systeme für in vitro Untersuchungen, als auch geeignete Mausmodelle für in vivo Experimente verwenden, um die verschiedenen Facetten der aus dem Mikromilieu stammenden Impulse adäquat nachstellen und deren Auswirkung auf die Bcl-2 Proteinfamilie und das Überleben von CLL Zellen analysieren zu können.

Das Projekt untersuchte die Rolle von Bcl-2 Familienmitgliedern in chronisch lymphatischen Leukämie (CLL) in Hinblick auf neue Therapieansätze und Resistenzmechanismen oder möglichen Kombinationstherapien. Neben Untersuchungen primärer humaner CLL Zellen verwenden wir genetisch veränderte Mäuse (das Tcl1 transgene Mausmodell), welche im Laufe ihres Lebens eine der humanen CLL hochgradig ähnliche Erkrankung entwickeln. Zudem können in diesem Mausmodell Bcl-2 Familienmitglieder spezifisch und gerichtet überexpremiert oder ausgeschalten werden. Wir konzentrierten uns hierbei auf die antiapoptotischen Proteine Mcl-1 und Bcl-2 (letzteres in Kooperation mit Andreas Villunger, Biocenter Innsbruck), sowie die proapoptotischen Familienmitglieder Puma und Bmf. Es zeigt sich, dass in allen untersuchten Mausstämmen die Entstehung von CLL nur mäßig beschleunigt wird. Dies ist entgegen der ursprünglichen Annahme, wonach die Überexpression von antiapoptotischen oder die Defizient in proapoptotischen Bcl-2 Familienmitgliedern einen Überlebensvorteil für Tumorzellen darstellen sollte. Ursächlich hierfür ist eine Kompensation innerhalb der Bcl-2 Proteinfamilie, die die Deregulation eines Familienmitgliedes durch Anpassung anderer Familienmitglieder zu regulieren vermag. Erst wenn diese Kompensation außer Balance gerät manifestiert sich dies in einer veränderten Prognose. Evidenzen für diese Hypothese zeigten sich in humaner CLL, in der die Überexpression sowohl von pro- als auch antiapoptotischen Bcl-2 Familienmitgliedern mit einer deutlich schlechteren Krankheitsprognose assoziiert war. Die Deregulation einzelner Mitglieder hingegen, war nicht ausreichend um den Krankheitsverlauf von CLL signifikant vorherzusagen. Ein anderes Bild ergab sich in Situationen, in denen Tumore Stresssituationen ausgesetzt waren. Solche Stresssituationen sind zum einen der Entzug des schützenden Mikromilieus, welches für die Teilung und das Überleben von CLL Zellen entscheidend ist und zum anderen Tumortherapien. Auf Entzug des Mikromilieus reagierten Tumor mit Mcl-1 Überexpression oder Puma bzw. Bmf Defizienz weniger sensibel als Tcl-1 tg Tumore mit einem CLL typischen Bcl-2 Rheostat. Unter Therapiebedigungen mit Ibrutinib und Venetoclax, jenen 2 Substanzen die derzeit in der CLL Behandlung eine entscheidende Rolle spielen, zeigten sich insbesondere für Tumore mit fehlender Bmf oder Puma Expression interessante Ergebnisse. Bmf Defizienz war verbunden mit Venetoclax Resistenz, während Puma Defizienz Ibrutinib Resistenz in einer Mikromilieu abhängigen Art und Weise vermittelte. Aus diesen Daten können Rückschlüsse auf mögliche Therapieresistenzen in CLL gezogen werden und helfen sinnvolle Kombinationskonzepte zu erstellen.