Bedeutung BCR/ABL-induzierter angiogenetischer Faktoren

Verschiedene rezente Studien haben gezeigt, daß VEGF und andere angiogenetische Faktoren eine wichtige Rolle in der Pathogenese diverser Neoplasien spielen. Diese Faktoren steuern nicht nur die Tumor-Angiogenese, sondern offensichtlich auch das Wachstum der leukämischen Zellen als autokrine Faktoren. Die Chronisch Myeloische Leukämie (CML) ist eine hämatologische Neoplasie, die durch eine pathologische Akkumulation klonaler myeloischer Zellen, welche das BCR/ABL Onkogen expremieren, gekennzeichnet ist. Das BCR/ABL Protein ist eine Tyrosinkinase, welche mehrere Signaltransduktionswege inklusive den p21Ras-, PI-3 Kinase-, und STAT-5 Pathway aktiviert. Vor kurzem konnte gezeigt werden, daß es in CML Patienten zu einer Überproduktion von angiogenetischen Faktoren (VEGF, bFGF, HGF, PDGF) sowie zu einer gesteigerten Angiogenese im Knochenmark kommt. Die genaue Rolle des BCR/ABL Onkogens in der Produktion dieser Faktoren, und ihre pathophysiologische Bedeutung in der CML sind jedoch nicht bekannt. In unseren eigenen Experimenten hat sich nun vor kurzem gezeigt, daß die Doxycyclin-induzierbare Expression von BCR/ABL in Ba/F3 Zellen mit einer verstärkten VEGF Produktion einhergeht, und daß diese Wirkung von der Aktivierung der PI3-Kinase und mTOR abhängig ist. Dies ist unseres Wissens nach der erste solide Hinweis für eine direkte Induktion eines angiogenetischen Proteins durch ein leukämie-spezifisches Onkogen. Aufgrund dieser präliminären Beobachtung planen wir nun, die BCR/ABL-abhängige Expression von anderen angiogenetischen Faktoren zu analy-sieren. Überdies soll die pathophysiologische Bedeutung der BCR/ABL abhängigen Expression dieser Faktoren untersucht werden, und zwar in einer Reihe von murinen und humanen Modellen. Eine wichtige Fragestellung dabei ist, inwieweit angiogenetische Moleküle tatsächlich als autokrine Wachstumsfaktoren auf CML Zellen wirken können. Eine andere wichtige Frage ist, ob die Expression dieser Faktoren in BCR/ABL-positiven Leukämiezellen ein kausales Ereignis im Rahmen der Leukämogenese (CML-Entstehung) darstellt. Überdies soll die Frage beantwortet werden, in welchem Maße die VEGF Expression mit dem Krankheitsstadium, der Progression, und dem Überleben korreliert. Letztlich sollen die Signal-transduktionswege, welche der Expression der angiogenetischen Faktoren in den CML Zellen zugrundeliegen, studiert werden. Die Resultate, welche in dem vorgelegten Projekt zu erwarten sind, sollten wichtige neue Erkenntnisse in der Leukämie-forschung im allgemeinen, und in der Pathophysiologie der CML im speziellen, erbingen. Überdies ist zu erwarten, daß die Erforschung der BCR/ABL-abhängigen Signaltransduktion und deren Beeinflußbarkeit durch spezifische Hemmstoffe zur Entwicklung neuer pharmakologischer und therapeutischer Konzepte beitragen kann.

Die konstante Versorgung mit Nährstoffen durch kleinere und grössere Blutgefässe ist essentiell für eine normale Organfunktion. Genauso essentiell sind Wachstum und Proliferation von Endothelzellen und die Neubildung von Gefässen (Neovaskularisation, Angiogenese) für Tumorenwachstum und Metastasierung, wobei dies sowohl für solide als auch hämopoetische Tumoren (Leukämien) gilt. Rezente Studien haben gezeigt, dass Angiogenese bei myeloischen Leukämien eine Rolle spielt. So fand sich bei verschiedenen myeloischen Leukämien eine erhöhte Dichte von kleinen und kleinsten Gefässen im Knochenmark. Die Dichte dieser Gefäße bei Leukämien fand sich im Vergleich zu normalem Knochenmark deutlich erhöht, und interessanterweise korrelierte der Dichtegrad der Gefässe mit einer schlechten Prognose. In der vorliegenden Studie untersuchten wir die Expression, Regulation und funktionelle Bedeutung verschiedener angiogenetischer Wachstumsfaktoren in der Chronisch Myeloischen Leukämie (CML), einer Erkrankung, die stark mit dem BCR/ABL Onkogen assoziiert ist. In den letzten Jahren konnte eine Reihe pro-angiogenetischer Faktoren identifiziert werden, und unter diesen spielt vermutlich vascular endothelial growth factor (VEGF) die bedeutendste Rolle. So konnten wir zeigen, dass primäre CML Zellen konstitutiv VEGF-mRNA und Protein bilden und sezernieren, und dass diese Expression durch das CML assoziierte Onkogen BCR/ABL induziert wird. Umgekehrt konnte die VEGF Expression in diesen Zellen durch Imatinib, einen pharmakologischen Inhibitor der BCR/ABL Tyrosin Kinase Aktivität, inhibiert werden. In weiteren Experimenten konnten wir zeigen, dass die BCR/ABL induzierte VEGF Expression über die intrazellulären PI3-Kinase- und mTOR-Signalwege übermittelt wird. So führten die mTOR Inhibitoren Rapamycin und Analoga (RAD001, CCI779) neben einer Hemmung der VEGF Produktion auch zu einer Inhibition des Zellwachstums. Dieser Effekt fand sich auch in Zellen von Patienten in fortgeschrittener und/oder imatinib- resistenter Erkrankung. Basierend auf diesen Daten wurde eine klinische Phase I Studie mit Rapamycin bei Imatinib refraktären Patienten durchgeführt, und weitere klinische Studien mit Rapamycin (und Analoga) alleine und in Kombination mit anderen antileukämischen Substanzen befinden sich derzeit in Vorbereitung. In einem weiteren Teil des Projektes wurde die Expression von VEGF Rezeptoren auf CML Zellen untersucht, dabei fand sich Expression von Neuropilin-1 und Neuropilin-2. Zusätzlich konnten weitere angiogenetische (hepatocyte growth factor [HGF]) und anti-apoptotische (Hämoxygenase-1 [HO-1], MCL-1) in CML Zellen gefunden werden. Gegen diese konnten zum Teil spezifische pharmakologische Antagonisten identifiziert werden und diese werden derzeit primär in präklischen Studien untersucht. Entsprechende klinische Studien mit diesen Substanzen befinden sich in Vorbereitung.