Forschungsbericht
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Kinderheilkunde und Jugendmedizin Niedersachsenprofessur für Molekulare Hämatopoese Direktor: Prof. Dr. Karl H. Welte Tel.: 0511/532-6710 • E-Mail: [email protected] • www.mh-hannover.de/12105.html Forschungsprofil Das Forschungsprofil der Abt. Molekulare Hämatopoese wird maßgeblich durch die klinische Forschung und Grundlagenforschung auf dem Gebiet der angeborenen Erkrankungen der Blutbildung und Leukämogenese bestimmt. Mitglieder der Abt. haben auf diesem Gebiet international beachtete Pionierarbeit geleistet. Beispielsweise wurden neue Genmutationen identifiziert, die in der Entwicklung von Leukämien beteiligt sind (siehe ausführlicher Bericht). Weiter wurden mehrere neue und wichtige Signalwege in der Entwicklung myeloider Zellen und in der Leukämogenese identifiziert. Die Ergebnisse konnten im hoch renommierten Journal Nature Medicine veröffentlicht werden. Darüber hinaus ist die Europazentrale des Internationalen Registers für die schwere chronische Neutropenie hier angesiedelt. Die Mitglieder der Abt. sind in mehreren Forschungsnetzwerken federführend beteiligt, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (German Network on Congenital Bone Marrow Failure Syndromes) und der BMBF-geförderten Initiative für seltene Erkrankungen (E-Rare) der EU-Staaten. Forschungsprojekte Die Assoziation von RUNX1 und CSF3R Mutationen in der Entwicklung von Leukämien bei Patienten mit schwerer kongenitaler Neutropenie. Die schwere kongenitale Neutropenie (CN) ist eine seltene, genetisch heterogene Erkrankung der Blutbildung charakterisiert durch das Fehlen neutrophiler Granulozyten im Knochenmark und Blut und einem Ausreifungsarrest der Myelopoese auf der Stufe der Promyelozyten. Patienten mit CN leiden von Geburt an schweren, oft lebensbedrohlichen bakteriellen Infektionen. Die autosomal dominant vererbte Form der CN ist hauptsächlich durch eine Mutation im ELANE Gen, dem Gen, das für die Elastase kodiert, verursacht. Die autosomal rezessive Form der CN trifft gehäuft bei Kindern von blutsverwandten Eltern auf und kann durch verschiedene Mutationen verursacht werden, z.B. Mutationen im HAX1-Gen, im G6PC3-Gen, etc. Bisher sind mehr als 20 Gendefekte beschrieben. Die Mehrzahl der Patienten profitiert von einer Therapie mit dem Granulozyten-Colonien stimulierenden Faktor (G-CSF). Unter der täglichen subkutanen Verabreichung von G-CSF steigen die neutrophilen Granulozyten auf über 1000 pro Microliter Blut an. Dadurch nimmt die Zahl und Schwere der Infektionen signifikant ab und die Lebensqualität verbessert sich dramatisch. Seit der Etablierung eines weltweiten internationalen Registers für die schwere angeborene Neutropenie im Jahr 1994 in Hannover und Seattle (USA) konnten wir über 1000 Patienten mit dieser seltenen Erkrankung erfassen. Wir haben dabei gelernt, dass CN ein präleukämisches Syndrom mit einem Risiko von über 20 % im Laufe des Lebens an einer akuten Leukämie zu erkranken ist. Interessanterweise erwerben ca. 80 % der CN-Patienten im Laufe ihrer Erkrankung eine Mutation im Gen für den Rezeptor für G-CSF (CSF3R-Gen). Diese Mutation tritt unabhängig von den zugrundeliegenden Genmutationen (ELANE, HAX1, etc.) auf, was vermuten lässt, dass sie einen ersten Schritt in der Entwicklung der Leukämie darstellen. Allerdings wissen wir heute, dass der Erwerb dieser CSF3R Mutation alleine nicht ausreichend ist, um eine Leukämie auszulösen. Wir haben deshalb nach weiteren leukämiespezifischen Genmutationen gesucht, die zusätzlich zur CSF3R Mutation ursächlich an der Entwicklung der Leukämie beteiligt sind. Forschungsbericht 2012 175 Kinderheilkunde und Jugendmedizin Wir haben überraschenderweise in der weltweit größten Serie von Leukämiepatienten (n = 31) mit der Grunderkrankung kongenitale Neutropenie bei zwei Drittel der Patienten eine zusätzliche Mutation im RUNX1-Gen nachweisen können. Die Mehrzahl dieser Patienten hatten vorher eine Mutation im CSF3R Gen erworben (Figure 1). RUNX1Mutationen sind sonst bei kindlichen myeloischen Leukämien sehr selten (unter 3 %). Die Häufigkeit dieser beiden Mutationen lassen deshalb vermuten, dass sie in der Entwicklung der Leukämien kooperieren, wobei der erste Schritt in der Leukämogenese der Erwerb der CSF3R Mutation und als zweiter Schritt der Erwerb der RUNX1 Mutation ist (Figure 2). Sowohl CSF3R- als auch RUNX1-Proteine sind wichtige Faktoren in der normalen Hämatopoese und die Mutationen beider Gene sind wahrscheinlich ausreichend, eine Leukämie zu verursachen. 3 15 4 CSF3R Abb. 1: Die Mehrzahl der CN-AML Patienten haben Mutationen im sowohl RUNX1 als auch CSF3R Gen. Pat. # 14 (AML M1) Karyotype Hannover Medical School Medizinische Hochschule Hannover RUNX1 mutation -7 neg neg neg neg neg months before AML 240 132 84 72 36 CSF3R mutation neg n.t. neg n.t. neg 24 (41%) n.t. pos +21 pos pos pos (21%) (45%) (59%) 8 2 n.t. n.t. 0 (72%) pos Abb. 2: Verlauf der Mutationen in einem Patienten mit kongenitaler Neutropenie, der eine AML entwickelte: Die CSF3R Genmutationen treten vor RUNX1 Genmutationen auf. Hannover Medical School Medizinische Hochschule Projektleitung: Skokowa, Julia (MD, PhD); Kooperationspartner: Steinemann, Doris (PhD), Zeidler, Cornelia (MD); Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), E-Rare-Network der EU-Staaten; Madeleine Schickedanz-Kinderkrebsstiftung Hannover 176 Forschungsbericht 2012 Kinderheilkunde und Jugendmedizin Weitere Forschungsprojekte Netzwerk "German Network on Congenital Bone Marrow Failure Syndromes" (bmfs-network) Projektleitung: Netzwerksprecher: Welte, Karl (Prof. Dr. med.), Netzwerkkoordinatorin: Zeidler, Cornelia (Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung" (Teilprojekt 1.1) Netzwerkkoordination Projektleitung: Zeidler, Cornelia (Dr. med.), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung" (Teilprojekt 1.1) Zentrale nationale Datenbank Projektleitung: Zeidler, Cornelia (Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung" (Teilprojekt 1.2) Plattform für die hochauflösende genetische Charakterisierung von sekundären akuten Leukämien und Identifizierung von neuen krankheit-verursachenden Gen-Mutationen bei Patienten mit angeborenen Erkrankungen der Blutbildung Projektleitung: Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung" (Teilprojekt 1.3) Inzidenz und klinischer Verlauf von Patienten mit kongenitaler Neutropenie unter Berücksichtung der verschiedenen Subtypen Projektleitung: Zeidler, Cornelia (Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung" (Teilprojekt 2.1) Molekulare Diagnose von schweren kongenitalen Neutropenien und Leukämogenese Projektleitung: Germeshausen, Manuela (Dr. rer. nat.), Ballmaier, Matthias (Dr. rer. nat.), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung" (Teilprojekt 2.2) Pathophysiologische Mechanismen von angeborenen Thrombozytopenien Projektleitung: Ballmaier, Matthias (Dr. rer. nat.), Germeshausen, Manuela (Dr. rer. nat.), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung" (Teilprojekt 3.1) Phenotypic and functional analysis of bone marrow progenitor cell compartments in congenital bone marrow failure syndromes Projektleitung: Ballmaier, Matthias (Dr. rer. nat.), Germeshausen, Manuela (Dr. rer. nat.), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung"(Teilprojekt 6.1.3) The role of mutations in the gene for neutrophil elastase in the pathophysiology of congenital neutropenia Projektleitung: Germeshausen, Manuela (Dr. rer. nat.), Ballmaier, Matthias (Dr. rer. nat.), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung " (Teilprojekt 6.2.2) Inherited thrombocytopenias: megakaryocytic development Projektleitung: Ballmaier, Matthias (Dr. rer. nat.), Germeshausen, Manuela (Dr. rer. nat.), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Netzwerk "Angeborene Störungen der Blutbildung " (Teilprojekt 6.3.2) Severe Chronic Neutropenia International Registry Projektleitung: Zeidler, Cornelia (Dr. med.), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: National Inst.e of Health (NIH), USA Forschungsbericht 2012 177 Kinderheilkunde und Jugendmedizin Konstitutive Aktivierung von STAT5 in myeloischen Vorläuferzellen von Patienten mit schwerer angeborener Neutropenie als mögliche Ursache einer Hemmung von LEF-1 und C/EBPα und potentiell einer leukämischen Transformation Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med. PhD), Welte, Karl (Prof. Dr. med.), Gupta, Kshama (PhD-Student); Förderung: Förderung: Deutsche Krebshilfe Analyse der Rolle von Sirtuin-1 induzierter De-Acetylierung von Tumor-Suppressorgenen p53 und FOXO3a in der Leukämogenese bei Patienten mit kongenitaler Neutropenie Projektleitung: Thakur, Basant (PhD), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: José Carreras Leukämiestiftung e.V. CNV-Analyse bei Patienten mit schwerer angeborenen Neutropenie mittels GenomeWide SNP-Chip Technologie Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med., PhD), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: Madeleine Schickedanz Kinderkrebsstiftung E-Rare-Verbund: Angeborene Neutropenien mit Mutationen im ELA2-GEN: Klinische Genotyp-Phänotyp Analyse Projektleitung: Zeidler, Cornelia (Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Projektträger im DLR E-Rare-Verbund: Angeborene Neutropenien mit Mutationen im ELA2-GEN: Klinische Genotyp-Phänotyp Analyse Projektleitung: Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: BMBF, Projektträger im DLR Die Analyse der Ursachen der Leukämieentstehung bei Patienten mit schwerer angeborener Neutropenie und de novo AML`s Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med. PhD); Förderung: Förderung: Madeleine Schickedanz Kinderkrebsstiftung Analysis of the role of G-CSFR mutations in combination with defective LEF-1 expression in the leukemogenic transformation of CN-Patients Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med. PhD); Förderung: Förderung: Dieter Schlag Stiftung Analysis of the role of NAD+ -dependent protein deacetylase SIRT2 in the pathogenesis of acute myeloid leukemia (AML) Projektleitung: Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: Deutsche José Carreras Leukämie-Stiftung e.V. Unterstützung für Klinische Studien mit G-CSF-biosimilares bei Patienten mit angeborener Neutropenie Projektleitung: Zeidler, Cornelia (Dr. med.); Förderung: Förderung: Sandoz International GmbH Mechanismen der STAT5-Hyperphosphorylisierung, des darauffolgenden Abbaus des LEF-1 Proteins und deren Rolle für die leukämische Transformation bei Patienten mit schwerer angeborener Neutropenie und de novo AML Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med., PhD), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: Deutsche Krebshilfe Comparison of the hematopoietic differentiation of iPS cells generated from CN and CyN patients carrying same ELANE mutations Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med., PhD), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: Exzellenzcluster REBIRTH 178 Forschungsbericht 2012 Kinderheilkunde und Jugendmedizin The role of LEF-1 transcription factor and its interaction partner HCLS1 in the inhibition of cellular senescence of leukemic cells Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med., PhD), Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: Förderung: Deutsche José Carreras Leukämie-Stiftung e.V. Genetische Ursachen von Leukomogene Transformation der Hämatopoese bei Patienten mit schwerer angeborener Neutropenie mittels NGS Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med., PhD); Förderung: Förderung: Dieter Schlag Stiftung Zuteilung von Rechenkontingent am HLRN: Sequence Search in Human Pedigrees with Familial Cancer Syndromes on Whole- and Exome Genome Scale Projektleitung: Welte, Karl (Prof. Dr. med.); Förderung: HLRN - Norddeutscher Verbund zur Förderung des Hoch- und Höchstleistungsrechnens Mechanisms of myeloid differentation and leukemogenesis Projektleitung: Skokowa, Julia (Prof. Dr. med., PhD); Förderung: Förderung: Exzellenzcluster REBIRTH Originalpublikationen Lauten M, Möricke A, Beier R, Zimmermann M, Stanulla M, Meissner B, Odenwald E, Attarbaschi A, Niemeyer C, Niggli F, Riehm H, Schrappe M. Prediction of outcome by early bone marrow response in childhood acute lymphoblastic leukemia treated in the trial ALLBFM 95. Differential effects in precursor B-cell and T-cell leukemia. Haematologica; 2012;97(7):1048-1056 Skokowa J, Klimiankou M, Klimenkova O, Lan D, Gupta K, Hussein K, Carrizosa E, Kusnetsova I, Li Z, Sustmann C, Ganser A, Zeidler C, Kreipe HH, Burkhardt J, Grosschedl R, Welte K. Interactions among HCLS1, HAX1 and LEF-1 proteins are essential for G-CSF-triggered granulopoiesis. Nat Med; 2012;18(10):1550-1559 Thakur BK, Chandra A, Dittrich T, Welte K, Chandra P. Inhibition of SIRT1 by HIV-1 viral protein Tat results in activation of p53 pathway. Biochem Biophys Res Commun; 2012;424(2):245-250 Thakur BK, Dittrich T, Chandra P, Becker A, Kuehnau W, Klusmann JH, Reinhardt D, Welte K. Involvement of p53 in the cytotoxic activity of the nampt inhibitor FK866 in myeloid leukemic cells. Int J Cancer; 2013;132(4):766-774 Abstracts 2012 wurden 18 Abstracts publiziert. Stipendium Klimiankou, Maksim: José Carreras Leukämie-Stiftung, Titel "Analysis of the role of NAD+-dependent protein deacetylase SIRT2 in the pathogenesis of acute myeloid leukemia (AML)". Auszeichnungen Klimenkova, Olga: ASH, Abstract Achievement Award. Klimiankou, Maksim: ASH, Abstract Achievement Award. Skokowa, Julia (Prof. Dr. med.): Auswahl für ASH-Highlights. Weitere Tätigkeiten in der Forschung Welte, Karl (Prof. Dr. med.): Mitglied des Hochschulrates der MHH. Skokowa, Julia (Prof. Dr. med.): Editorial Board Mitglied von Blood Journal. Thakur BK, Dittrich T, Chandra P, Becker A, Lippka Y, Selvakumar D, Klusmann JH, Reinhardt D, Welte K. Inhibition of NAMPT pathway by FK866 activates the function of p53 in HEK293T cells. Biochem Biophys Res Commun; 2012;424(3):371-377 Thakur BK, Lippka Y, Dittrich T, Chandra P, Skokowa J, Welte K. NAMPT pathway is involved in the FOXO3a-mediated regulation of GADD45A expression. Biochem Biophys Res Commun; 2012;420(4):714-720 Forschungsbericht 2012 179
