Genetische und Mikromilieu Signalwegregulation in CLL

Chronisch lymphatische Leukämie (CLL) ist eine Tumorerkrankung von reifen B-Zellen, die sowohl im peripheren Blut, als auch in den lymphatischen Organen akkumulieren. Der CLL Krankheitsverlauf gilt dabei als überaus heterogen und reicht von einer milden, nicht therapiebedürftigen Form bis hin zu einer sehr aggressiven Erkrankung, die rasche Therapie benötigt und oft mit einem Krankheitsrückfall nach erfolgter Therapie verbunden ist. Die Ursachen für diese Heterogenität liegen vor allem darin, dass CLL Zellen sehr viele verschiedene Mechanismen nutzen um 1. der körpereigenen Immunantwort sowie dem programmierten Zelltod zu entgehen und 2. die Wachstumsrate von Tumorzellen über das normale Maß und ohne Notwendigkeit externer Aktivierungssignale zu erhöhen. Unabhängig davon, ob diese Mechanismen auf genetischen Defekten beruhen oder die Folge einer nicht korrekten Kommunikation mit der direkten zellulären Umgebung (dem Mikromilieu) sind, führen sie zu abnormen Veränderungen von Signalwegen, welche Einfluss auf den Krankheitsverlauf von CLL haben, die Therapierbarkeit beeinflussen oder an potentiellen Rückfällen beteiligt sind. Problematisch ist, dass in verschiedenen Patienten auch unterschiedliche Defekte in einer Reihe verschiedener Signalwegregulatoren vorliegen und dadurch eine unübersichtlich hohe Anzahl an potentiell aussagekräftigen Markern für prognostische Untersuchungen generiert wird, wogegen die Anzahl an regulierten Signalwegen selbst überschaubar wäre. In diesem Projekt schlagen wir daher vor die Auswirkung von genetischen oder Mikromilieu assoziierten Defekten auf vordefinierte Signalwege in Patienten zu untersuchen und jene Patienten, welche ähnliche Signalwegmuster aufweisen, zu sogenannten Signalotypen zusammenzufassen. Unsere Hypothese ist, dass Signalotypen weniger Heterogenität aufweisen als individuelle genetische oder Mikromilieu assoziierte Defekte und somit eine genauere und robustere Voraussage des Krankheitsverlaufs und bessere Therapievoraussagen ermöglichen. Zur Überprüfung dieser Hypothese verwenden wir folgendes Konzept: 1. Definition von genetischen Defekten mittels genomweiter DNA Sequenzierung, 2. Definition von Mikromilieu assoziierten Defekten mittels RNA Sequenzierung und Signalwegaktivierung mittels Massenzytometrie (CyTOF), 3. Bioinformatische Auswertung des Signalwegmusters und Bestimmung von Signalotypen, 4. Anwendung der definierten und validierten Signalotypen zur Voraussage des CLL Krankheitsverlaufs in nicht therapierten Patienten sowie des Therapieerfolges in therapierten Patienten. Neben den Untersuchungen von Signalotypen in CLL Patienten, wird das Signalotypkonzept auch im Mausmodell validiert. Unser Forschungsvorhaben ist somit das erste Konzept, dass verschiedenste genetische und Mikromilieu assoziierte Defekte auf deren Auswirkung auf Signalwegmuster untersucht, die gegenseitige Beeinflussung von Signalwegen in Beziehung zueinander setzt und letztlich auch deren klinische Relevanz ermittelt.

Chronisch lymphatische Leukämie (CLL) ist eine Tumorerkrankung von reifen B-Zellen, die sowohl im peripheren Blut, als auch in den lymphatischen Organen akkumulieren. Der Krankheitsverlauf ist heterogen und zeichnet sich sowohl durch aggressive wie auch indolente Verläufe aus. Ursächlich für die Heterogenität der Erkrankung ist dabei zum einen die zelluläre Umgebung in der sich CLL Zellen entwickeln, verweilen und sich teilen (das sogenannte Mikromilieu) sowie die genetische Ausstattung die aus einer Vielzahl chromosomaler Defekte und/oder Mutationen in bestimmten Genen bestehen kann. Der Verlauf der Erkrankung wird zudem stark vom Immunsystem des Patienten beeinflusst, da CLL Zellen diverse Strategien entwickelt haben, die es ihnen ermöglichen den Angriffen des körpereigenen Immunsystems zu entkommen, etwa durch die veränderte Expression von Oberflächenmarkern auf Tumorzellen und/oder den entsprechenden Rezeptoren auf zum Beispiel T-Zellen. Die Heterogenität der Erkrankung wirkt sich nicht nur auf den Krankheitsverlauf generell aus, sondern auch auf die Therapiebedürftigkeit, sowie auf das Risiko für Rückfälle nach erfolgter Therapie. Durch die Komplexität der Erkrankung und die Heterogenität auf vielen Ebenen sind einzelne biologische Biomarker oft unzureichend, um Voraussagen über den Krankheitsverlauf eines Patienten zu treffen oder optimale Therapiekonzepte festzulegen. Im Rahmen dieses Projekts war es unser Ziel, eine verbesserte molekularbiologische Charakterisierung von CLL Patienten vorzuschlagen, indem wir uns nicht auf einzelne Biomarker konzentrierten sondern der Theorie folgten, dass die große Vielzahl an genetischen sowie Immunsystem- und Mikromilieu- assoziierten Faktoren letztliche auf der Ebene von Signalwegen akkumulieren und eine limitierte Anzahl von Signalwegen den Krankheitsverlauf von CLL Patienten beschreiben können. Durch die Einteilung von CLL Patienten in Gruppen (anhand des vollständigen Gen-Expressionsprofils) und die Analyse von Signalwegen in diesen Gruppen (sogenannten Signalotypen) zeigte sich, das es tatsächlich einen Zusammenhang zwischen der Aktivität von Signalwegen und dem Krankheitsverlauf von CLL Patienten gibt. Weiters akkumulieren bestimmte genetische Aberrationen sowie Mutationen in den einzelnen Signalotypen. Dieses Konzept ist daher dazu geeignet, die Krankheitsverläufe von CLL Patienten besser vorauszusagen und möglicherweise auch um zukünftige Therapiekonzepte zu verbessern.