Neue Aspekte zum Knochenabbau beim Multiplen Myelom

Hertha-Firnberg-Stelle T 95Neue Aspekte zum Knochenabbau beim Muliplen MyelomInge TINHOFER27.06.2000 Multiples Myelom ist eine Tumorerkrankung, bei der terminal differenzierte B-Zellen im Knochenmark akkumulieren und dort, neben der Verdrängung der normal Blutbildung, auch zu schwerer Osteoporose und zu Osteolysen führen können. Die Unfähigkeit des Immunsystems, die Vermehrung der Tumorzellen zu verhindern, könnte teilweise dadurch erklärt werden, dass die Turnorzellen einen Liganden (den sogenannten Fas Liganden) exprimieren, der nach Stimulation des spezifischen Rezeptors (Fas) zum Tod der Zelle führt. Dieser Rezeptor kommt vorallem auf T-Zellen vor, die zur Immunabwehr spezialisiert sind. Die Expression dieses Liganden auf Myelomzellen und seine immunsuppressive Wirkung gegenüber T-Zellen konnte bereits in einer vorangegangenen Untersuchung gezeigt werden. Die lange Lebenszeit der Tumorzellen wird aber auch dadurch bewirkt, dass die Tumorzellen selbst oder Zellen aus ihrer Umgebung 1ösliche Stoffe produzieren (wie z.B. Interleukin-1 beta, Interleukin-6, Transformierender Wachstumsfaktor beta, Tumor Nekrosis Faktor alpha, Granulozyten Kolonie-stimulierender Faktor oder Makrophagen Kolonie-stimulierender Faktor, die zu einem erleichterten Überleben der Tumorzellen unter Stresssituationen führen. Unsere eigenen Daten einer kürzlich abgeschlossenen Arbeit weisen Interleukin-15 (IL- 15) als neuen Faktor auf, der ebenfalls in autokriner oder parakriner Weise Myelomzellen vor einer Reihen von Signalen, die zum Zelltod führen, schützt. Einige Studien konnten zeigen, dass sowohl das Fas/FasL System als auch IL-15 bei Knochenabbau und -aufbau eine Rolle spielen. Basierend auf den genannten Grundlagen möchte ich mich im vorliegende Projekt mit den blologischen Effekten von FasL auf der Oberfläche von Myelomzellen und der autokrinen/parakrinen Produktion von IL-15 im Knochenmark bei der Entstehung der Knochendestruktion beim Multiplen Myelom befassen. Dabei sollen folgende drei Punkte besonders detailliert bearbeitet werden: (1) Quantifizierung der FasL Expression auf Myelomzellen und Analyse von Zeichen des Zelltodes in Tumor-infiltrierenden Zellen im Knochenmark von Patienten; (2) der Beitrag der FasL Expression auf Myelomzellen zur Reduktion von Osteoblasten-Aktivität (3) Ermittlung der IL-15 produzierenden Zellen im Knochenmark von Patienten und der Bedeutung von IL-15 bei der Aktivierung der knochenabbauenden Zellen, der Osteoklasten.

In Patienten mit Multiplen Myelom ist, neben einem erhöhten Knochenabbau durch Osteoklasten, die Knochenbildung durch Osteoblasten vermindert. Ziel dieses Projektes war zu klären, ob Myelomzellen in knochenbildenden Zellen (den sogenannten Osteoblasten) Zelltod (Apoptose) induzieren können und dieser Mechanismus zur Verringerung der Knochenbildung beitragen könnte. Dazu wurde untersucht, welche spezifischen Todes-Signale bei dieser Störung beteiligt sind. Im speziellen wurde untersucht, ob sogenannte Todesrezeptoren, im speziellen Fas- und TRAIL-R, in primären Osteoblasten aktivierbar sind, und ob die Expression des jeweiligen spezifischen Liganden (i.e. Fas Ligand (FasL) und TRAIL) auf Myelomzellen zur aktiven Suppression von Osteoblasten führt. Die Charaktersierung von Osteoblasten gesunder Spender zeigte die signifikante Expression von Fas und von TRAIL-R2, und es konnte durch in vitro-Stimulation mit rekombinanten FasL oder TRAIL in diesen Zellen Apoptose induziert werden. Osteoblasten konnten daher als potentielles Target von FasL+ und TRAIL+ Myelomazellen identifiziert werden. Im nächsten Schritt wurde untersucht, ob während der Kokultur von Osteoblasten und Myelomzellen es zum Zelltod der Knochenzellen kommt, und ob über die Blockierung von FasL oder TRAIL mittels neutralisierender Antikörper die Induktion von Apoptose in den Knochenzellen verhindert wird. In der Kokultur mit Myelomzellen konnte in der Osteoblastenfraktion eine Erhöhung des prozentuellen Anteils an apoptotischen Zellen detektiert werden. Die Blockierung mittels FasL-Antikörper führte zu keiner Abnahme der Apoptose von Osteoblasten. Die Zugabe von neutralisierenden TRAIL-R2 Antikörpern führt zu einer signifikanten, wenn auch nur geringfügigen Abnahme des suppressiven Effektes. Dies deutet darauf hin, dass TRAIL bei der Unterdrückung der Knochenbildung beteiligt ist, daß jedoch noch andere zytotoxische Wirkmechanismen zum Tragen kommen müssen. Zur Charakterisierung dieser zytotoxischen Mechanismen wurden Experimente mit konditioniertem Medium von Myelomzellen durchgeführt, um zu ermitteln, ob lösliche oder membrangebundene Faktoren involviert sind. Diese Untersuchungen ergaben, daß der Faktor, der von Myelomzellen produziert wird und Osteoblasten killt, löslicher Natur ist. Zusätzlich kam es im konditionierten Überstand von Myelomzellen zu einer deutlichen Sensitiverung der vorher gering sensitiven Osteoblasten gegenüber TRAIL-induzierter Apoptose. Diese Entdeckung ist deshalb von großer klinischer Relevanz, da TRAIL als ein potentielles tumor-spezifisches Therapeutikum gilt. Diese Untersuchungen wurden zur Publikation eingereicht. Weitere Analysen ließen uns auf einen ganz besonderen Botenstoff auf die Spur kommen, der keine Barrieren kennt, denn er ist gasförmig: es handelt sich dabei um Stickoxid (NO). Stickoxid spielt beim normalen Knochenauf- und -abbau eine wichtige Rolle. Es reguliert das Wechselspiel von Knochenaufbau und Knochenabbau. Erhöhte Produktion von Stickoxid stört die empfindliche Balance zwischen Aufbau und Abbau, und führt zu lokaler Auflösung des Knochens. Wie wir nun nachweisen konnten, dürfte Stickoxid bei der Zerstörung des Knochens bei Patienten mit Multiplem Myelom eine Rolle spielen. Durch die Produktion von NO durch die Tumorzellen selbst bringen sie einerseits die knochenbildenden Zellen um bzw. sensitieren sie diese Zellen gegenüber Todesrezeptorsignalen. Andererseits könnten sie knochenabbauende Zellen durch den selben Mechanismus aktivieren. Zusammenfassend identifizierten wir die Induktion von Apoptose in Osteoblasten durch Myelomzellen als mögliche Ursache des pathologischen Knochenabbaus beim Multiplen Myelom. Todesrezeptorsignale durch TRAIL-R sind dabei nur zum Teil beteiligt. Zusätzlich konnten wir Stickoxid als möglichen Kandidat der Faktoren identifizieren, die bei der Störung des Knochenstoffwechsels bei dieser Erkrankung beteiligt sind.