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Molekulare Genetik bei Leukämien – Bedeutung für die Entwicklung molekularzielgerichteter Therapien
Konstanze Döhner, Universitätsklinikum Ulm, Abteilung für Innere Medizin III, RobertKoch-Str.8, 89081 Ulm.
In den letzten Jahren konnten bei einer Vielzahl maligner, hämatologischer
Erkrankungen, und hier insbesondere den Leukämien, genetische Veränderungen
identifiziert werden. Diese genetischen Aberrationen ermöglichen nicht nur Einblicke
in die Pathogenese dieser Erkrankungen, sondern stellen mittlerweile die wichtigsten
biologischen Prognosefaktoren dar. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden
Therapieprotokolle entwickelt, die eine individuelle, risiko-adaptierte Stratifizierung
der Patienten ermöglichen. Prominenteste Beispiele sind die akuten Leukämien, die
anhand ihres genetischen Risikoprofils in unterschiedliche Risikogruppen eingeteilt
werden.
Durch die enormen Fortschritte im Rahmen des Humanen Genomprojektes und die
rasche Weiterentwicklung molekulargenetischer Techniken ist es möglich geworden
auch die pathogenetische Bedeutung dieser molekularen Marker zu untersuchen und
daraus erste therapeutische Ansätze abzuleiten. Dies hat zur Entwicklung molekularzielgerichteter Therapien (sog. „small molecules“) geführt, die direkt in die
spezifischen Pathomechanismen eingreifen. Eindrucksvoll demonstriert wurde dies
durch den Einsatz des Tyrosinkinase-Inhibitors Imatinib bei der chronisch
myeloischen Leukämie, der zu einer signifikanten Verbesserung der Ansprechraten
geführt hat. Auch für die akute myeloische Leukämie sind spezifische TyrosinkinaseInhibitoren (FLT3-Inhibitoren) entwickelt und bereits eingesetzt worden. Mit dem
Nachweis von Mutationen im JAK2 Gen, einer weiteren Tyrosinkinase, bei Patienten
mit myeloproliferativen Erkrankungen eröffnen sich ebenfalls neue therapeutische
Optionen. Darüber hinaus sind weitere Therapien, die gezielt in distinkte Signalwege
und epigenetische Mechanismen eingreifen in Erprobung.
Molekulare Genetik bei Leukämien –
Bedeutung für die Entwicklung
molekular-zielgerichteter Therapien
Konstanze Döhner
Abteilung für Innere Medizin III, Universität Ulm
Genetische Mechanismen
der Tumorentstehung
Proto-Onkogene
Onkogene
A
B
Normale zelluläre
Differenzierung und
Proliferation
Tumorsuppressor
Fusion von A und B
TumorsuppressorInaktivierung
Abnorme zelluläre
Differenzierung und
Proliferation
Genetische Aberrationen
Chromosomal
• Deletionen, Trisomien, Translokationen,
Inversionen
DNA
• spezifische Genfusionen (z.B. BCR/ABL)
• Genmutationen/Genamplifikationen (z.B. p53,
EGRF/HER-2/neu)
RNA
• Genexpression, Nachweis spezifischer
Gensignaturen (z.B. AML, Mamma Karzinom)
Epigenetische Mechanismen
der Tumorentstehung
• DNA-Hypermethylierung
• Histon-Deacetylierung (Chromatin-Remodeling )
>>> Repression der Transkription („gene silencing“)
Robertson, Oncogne 2002
Molekulare Genetik bei
Myeloproliferativen Syndromen (MPS)
MPS
Molekularer
Marker
Therapie
CML
BCR/ABL
Imatinib/BMS354825
AMN107
PV
JAK2 V617F(75%)
TKI
ET
JAK2 V617F(33%)
TKI
OMF
JAK2 V617F(35%)
TKI
HES
FIP1L1/PDGFRA
Imatinib/AMN107
Mastozytose KIT (D816V)
BMS354825/AMN107
Pathogenetische Relevanz
von Tyrosinkinasen (TK)
• Konstitutive
Aktivierung
und
Stimulation
nach-
geordneter Signalwege
• Gesteigerte Zellproliferation
• Faktor-unabhängiges Wachstum (Zelllinien)
• Transformierende Eigenschaften (Mausmodelle)
• Attraktive Zielstrukturen für molekular-zielgerichtete
Therapieansätze
Aktivierte BCR/ABL Tyrosinkinase
Mauro et al., Oncologist 2001, JCO 2002
CML
Wirkprinzip von Imatinib
Mauro et al., Oncologist 2001
Imatinib (Glivec®)
• 2-Phenyl-Aminopyrimidin
• Kompetitive ATP-Hemmung
• Inhibition der TK-Aktivität von ABL, PDGFRA,
PDGFRB und KIT
• Hohe Rate an hämatologischen und zytogenetischen
Remissionen bei Patienten mit CML
Deininger und Druker, Pharmacol Rev 2003
Imatinib bei CML
IRIS - Studie / 42 Monate
IFN/Ara-C Imatinib
(18 M)
(18 M)
Imatinib
(30 M)
Imatinib
(42 M)
CHR
69%
96,8%
97%
98%
CCR
14,5%
76,2%
82%
84%
Guilhot et al.; ASH 04 #21
Aktivierende JAK2 Mutationen bei
Myeloproliferativen Syndromen
Janus Kinase 2 (JAK2) Gen
• Zytoplasmatische Tyrosinkinase
• Schlüsselrolle
in
der
Signaltransduktion
multipler
hämatopoetischer Wachstumfaktor-Rezeptoren (z.B.
GM-CSF, EPO, IL3)
• Konstitutive JAK2 Aktivierung in malignen Tumoren
(z.B. TEL/JAK2)
• Jak2-/- Mäuse: schwere Anämie
(Neubauer et al., Cell; 1998)
Aktivierende JAK2 Mutationen bei
Myeloproliferativen Syndromen
•
Punktmutation (V617F) in der autoinhibitorischen JH2
Domäne
•
Inzidenz: PV (80%), ET (40%), OMF (40%)
Funktionelle Analysen
•
konstitutive
Aktivierung
der
Inhibition
der
Tyrosinkinase
durch
JAK2V617F
•
dosisabhängige
Zell-Proliferation
und
Induktion der Apoptose durch JAK2-Inhibitor („small
molecule“)
Levine et al., Cancer Cell, 2005
Aktivierende JAK2 Mutationen bei
Myeloproliferativen Syndromen
Levine et al., Cancer Cell 2005
Molekulare Genetik der akuten
myeloischen Leukämie (AML)
29% andere
Aberrationen
pathogenetisch
relevante Gene?
11% t(15;17)
7% inv(16)
6% t(8;21)
5% t(11q23)
42% normal
Karyotyp
FLT3, MLL, CEBPA, NPM1,
NRAS, KIT, SHP2, PU1,
RUNX1, JAK2…..
Genmutationen bei der AML mit
normalem Karyotyp
• FMS-Like Tyrosine Kinase 3 Gen; FLT3
• CCAAT/Enhancer Binding Protein a Gen; CEBPA
• Myeloid/Lymphoid Leukemia Gen; MLL
• Nucleophosmin; NPM1
• NRAS, KIT, PU1, SHP2, RUNX1, JAK2...
Aktivierende FLT3 Mutationen
Y589, D839,
N841,Y842
• Internal tandem duplications (JM Domäne)
• Punktmutationen (Aktivierungs-Schleife)
Jiang et al., Blood 104:1855, 2004
FLT3-Inhibition
FLT3
FLT3-Inhibition
• Therapie von FLT3 ITD-positiven AML-Patienten
mit FLT3-Inhibitoren im Rahmen von Phase 2Studien
• Unterschiedliche
FLT3-Inhibitoren
MLN518, PKC412, SU11248)
• Blastenreduktion
Knochenmark
im
peripheren
• Kein dauerhaftes Ansprechen
Wadleigh et al., Blood 2004
Blut
(CEP-701,
und
im
FLT3-Inhibition: SU11248
• SU11248 Phase I Studie: oraler
Inhibitor, 50mg/die über 28 Tage
FLT3-Kinase-
• 15 Patienten mit refraktärer/rezidivierter AML; 4/15
FLT3 mutiert
• Ansprechen bei 4/4 Patienten mit FLT3 Mutation und
2/10 Patienten ohne FLT3 Mutation
• Kurze Ansprechdauer (4 bis 16 Wochen)
Fiedler et al., Blood 2005
Rezidivfreies Überleben nach PostremissionsTherapie und FLT3 Status: Ergebnisse von 434
AML Patienten mit normalem Karyotyp
Autologe SCT
Hochdosis AraC
100
Allogene SCT
p=0.002
p=0.006
p=0.82
RFS
80
60
40
20
0
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
0
12
24
36
48
Zeit (Monate)
FLT3 ITD
no FLT3 ITD
60
72
0
12 24 36 48 60 72 84 96 108
Tyrosinkinase-Inhibition
– Ausblick • Diagnostik
Identifikation neuer Zielstrukturen
• Therapie
Kombination mit konventioneller Chemotherapie
Integration in die Primärtherapie
Kombination mit anderen targeted therapies
Klinische Studien
Wadleigh et al., Blood 2004
Tyrosinkinase-Inhibition
– Ausblick -
mTOR
mTOR bei myeloischen Leukämien
• Aktiviert in BCR/ABL-transformierten Zellen
• Aktiviert in Zellen mit FLT3-Mutationen
• Spezifischer, klinisch erprüfter mTOR-Inhibitor
(Rapamycin) vorhanden
> bekanntes Toxizitätsprofil
> raschere Entwicklung klinischer Therapien
Rapamycin/sirolimus (Rapamune®)
• Makrolid-Antibiotikum
• Isoliert aus Streptomyces hygroscopicus
• Inhibition von mTOR (Komplex mit FKBP12)
• Fungizide und immunsuppressive Aktivität
• Zugelassen für die GvHD-Prohpylaxe
allogener Transplantation
nach
Effekt von Rapamycin auf FLT3-ITD und
BCR/ABL positive myeloische Leukämien
• Rapamycin hemmt FLT3 ITD-transformierte Zellen
• Rapamycin und der FLT3-Inhibitor PKC412 wirken
synergistisch auf FLT3 ITD-transformierte Zellen
• Rapamycin als Monotherapie oder in Kombination mit
PKC412 zeigt Effekt auf FLT3 ITD-transformierte
PKC412-resistente Zellen
• Gleicher Effekt von
transformierte Zellen
Imatinib
Rapamycin auf BCR/ABL
auch in Kombination mit
Mohi et al, Proc Natl Acad Sci USA, 2004
mTOR-Inhibition mit Rapamycin
bei der AML
• Rapamycin über 28 Tage
• 8 Patienten refraktäre/rezidivierte AML; 1 Pat. de
novo AML
• PR 4/9 Patienten, stable disease 1 Pat., 4 Pat.
progredient
• Kurze Ansprechdauer (Median 38 Tage)
Récher et al., Blood 2005
FLT3 Inhibitoren
Farnesyltransferase
Inhibitoren
MEK Inhibitoren
PI3K Inhibitoren
Rapamycin
Epigenetische Mechanismen
bei myeloischen Leukämien
• DNA-Hypermethylierung
Einsatz von demthylierenden Substanzen (5-aza2‘-deoxycytidine, Decitabine)
• Histon-Deacetylierung
(Chromatin-Remodeling)
Einsatz von Histondeacetylase-Inhibitoren; z.B.
Valproinsäure, 4-Phenylbutyrat, Trichostatin A
Rationale für Therapie mit demethylierenden
Substanzen und HDAC-Inhibitoren
• Göttlicher et al., EMBO J., 2001
Combination of VPA and ATRA results in differentiation of
Kasumi-1 cells
• Ferrara et al., Cancer Res., 2001
Synergistic action of Trichostatin A and ATRA in primary
AML cells with respect to differentiation in vitro
• Kitamura et al., Br. J. Hematol., 2000
Trichostatin A and ATRA induce differentiation in APL with
t(11;17)
• Minucci et al., Oncogene 2001
Histone deacetylases: A common molecular target
differentiation treatment of acute myeloid leukemias?
for
Therapie der AML bei Patienten<60 Jahre
Molekular-zielgerichte Therapien
- Ausblick• Tyrosin-Kinase-Inhibitoren als Monotherapie oder
in Kombination mit Inhibitoren nachgeschalteter
Signalwege ( z.B. Rapamycin)
• Differenzierungs-induzierende Substanzen (HDACInhibitoren, 5-aza-2‘-deoxycytidine, ATRA)
• Kombination mit konventioneller Chemotherapie
• Identifizierung
neuer
Entwicklung
weiterer
Substanzen
Zielstrukturen
und
molekular-zielgerichter