Funktion des Onkogens EVI1 in primären humanen CD34+ Zellen

Das EVI1 Gen, das für einen Zinkfinger-Transkriptionsfaktor kodiert, spielt eine wohldokumentierte Rolle als Onkogen bei aggressiven Formen von myeloischen Leukämien des Menschen. Experimente, deren Ziel das bessere Verständnis der physiologischen und pathologischen Funktionen dieses Gens war, zeigten, dass EVI1 den Zellzyklus beschleunigen, den programmierten Zelltod hemmen, und die myeloische Differenzierung verhindern kann. Die Anzahl dieser Studien ist jedoch nach wie vor relativ gering, nicht alle wurden in Zellsystemen durchgeführt, die für die menschliche Leukämogenese relevant sind, und ihre Ergebnisse sind zum Teil widersprüchlich. Es gibt daher nach wie vor offene Fragen in Bezug auf EVI1. Diese betreffen auch die Rolle des MDS1/EVI1 Proteins, das von einer alternativen EVI1 mRNA-Variante translatiert wird, und einen verlängerten Aminoterminus im Vergleich zu EVI1 besitzt. MDS1/EVI1 verhält sich in manchen experimentellen Systemen anders als, oder sogar gegenteilig zu, EVI1; in anderen Zusammenhängen zeigt es jedoch Eigenschaften, die denen von EVI1 vergleichbar sind. Primäre CD34-positive hämatopoietische Stamm-/Vorläuferzellen können aus menschlichem Nabelschnurblut isoliert und im Reagenzglas zur Differenzierung in verschiedene myeloische Linien angeregt werden. Diese Reifungsprozesse sind den während der normalen menschlichen Hämatopoiese stattfindenden sehr ähnlich. Wir haben dieses System verwendet, um die Expression von EVI1 und MDS1/EVI1 während der granulozytären, erythrozytären, monozytären und dendritischen Differenzierung zu untersuchen. Unsere Ergebnisse zeigten eine hohe Expression von EVI1 und MDS1/EVI1 in undifferenzierten, pluripotenten CD34 + -Zellen, und eine graduelle, in einer Zelllinien-spezifischen Art und Weise verlaufende, Reduktion ihrer Expression während der verschiedenen Differenzierungsprozesse. Für einige der untersuchten Zelllinien ist dies die erste Beschreibung der Expression von EVI1 und MDS1/EVI1 im Verlauf ihrer Differenzierung. Darüberhinaus zeigen diese Experimente, dass sich das CD34 + -Zellsystem in idealer Weise eignet, um die biologischen Funktionen von EVI1 und MDS1/EVI1 bei Wachstum und Differenzierung menschlicher hämatopoietischer Zellen zu untersuchen. Im Zuge der hier vorgeschlagenen Arbeiten sollen die Analysen der Expression von EVI1 und MDS1/EVI1 in primären menschlichen CD34 + -Zellen verfeinert, sowie auf die megakaryozytäre Linie ausgeweitet werden. Weites sollen die biologischen Funktionen von EVI1 und MDS1/EVI1 im CD34 + -Zellsystem untersucht werden, indem diese Gene unter Verwendung etablierter Retrovirus-Technologie einerseits überexprimiert, andererseits artifiziell herabreguliert werden, und die Auswirkungen dieser Manipulationen auf Zellteilung und Differenzierung untersucht werden. Es ist zu erwarten, dass die Ergebnisse dieser Studien signifikant zum Verständnis der Rolle von EVI1 und MDS1/EVI1 in der normalen menschlichen Hämatopoiese beitragen werden, und eine wertvolle Basis für Untersuchungen ihrer pathologischen Funktion darstellen werden.

Leukämien entstehen durch die maligne Entartung von Vorläuferstufen der Blutzellen. Eines der frühesten Entwicklungsstadien gesunder hämatopoietischer Zellen (ein Begriff der sowohl die reifen Zellen des Blutes als auch ihre im Knochenmark heranreifenden Vorläuferzellen umfasst) sind die CD34 positiven (CD34+) Zellen, die die Fähigkeit haben, zu allen bekannten Zelltypen des Blutes auszureifen. Bei einem Teil der PatientInnen mit bestimmten Leukämieformen, den sog. myeloischen Leukämien, wird eine erhöhte Aktivität (Expression) des ecotropic viral integration site 1 (EVI1)-Gens beobachtet. Obwohl schon lange bekannt ist, dass eine solche Überexpression von EVI1 mit einem besonders aggressiven Verlauf dieser Erkrankungen einhergeht, ist relativ wenig über die Wirkungsweise von EVI1 bekannt, und zwar sowohl im Kontext gesunder als auch in jenem maligner Zellen. Studien an primären (frisch isolierten) Mauszellen zeigten, dass ihre Teilungsrate durch experimentell erhöhte Expression von EVI1 beschleunigt wird, passend zu einer Rolle dieses Gens bei der Leukämieentstehung. Im Gegensatz dazu wurde jedoch die Zellteilung der wenigen bisher untersuchten menschlichen Zelllinien durch Überexpression von EVI1 gehemmt. Da Zelllinien durch die jahrelange Kultivierung unter Laborbedingungen den Zustand der Zellen, von denen sie ursprünglich abstammen, nur mehr bedingt reflektieren, untersuchten wir die Expression und Funktion von EVI1 in primären menschlichen, nur für wenige Tage unter Laborbedingungen gezüchteten, CD34+ Zellen - dieses Modellsystem spiegelt am besten die Bedingungen im menschlichen Organismus wider. Unsere Experimente zeigten, dass EVI1 in den CD34+ Zellen exprimiert, aber während der Differenzierung in die verschiedenen myeloischen Zelltypen - Granulozyten, Monozyten, Erythrozyten, Megakaryozyten, und dendritische Langerhans- Zellen - drastisch und rasch reduziert wird. Ähnlich verhielt sich MDS1/EVI1, eine Variante des EVI1-Gens, die in manchen Zusammenhängen zu EVI1 entgegengesetzte Wirkungen hat. Dies erscheint jedoch aufgrund der sehr ähnlichen Regulation der beiden Genvarianten zumindest für CD34+ Zellen nicht plausibel. Eine experimentelle Reduktion der EVI1- Expression in CD34+ Zellen führte, anders als in Mauszellen, zu keiner nennenswerten Änderung der Zellteilungsrate. Besonders interessant erscheint jedoch die Beobachtung, dass experimentelle Überexpression von EVI1 in CD34+ Zellen zu verlangsamtem Wachstum und/oder Absterben der Zellen führt. Offenbar besitzen die Zellen des Menschen, im Gegensatz zu denen der viel kürzer lebenden und daher natürlicherweise nicht von Krebs betroffenen Maus, Abwehrmechanismen, die sie zunächst vor den Wirkungen des aggressiven Onkogens EVI1 schützen. Wie auch für andere krebsverursachende Gene bedarf es demzufolge zusätzlicher genetischer Veränderungen, die diesen Abwehrmechanismen entgegenwirken, bevor EVI1 seine krebsfördernde Wirkung entfalten kann. Die Aufklärung dieser Mechanismen wird für das Verständnis der Funktion von EVI1 bei der Leukämieentstehung von großer Bedeutung sein.