PTEN ist als Phosphatase an zahlreichen Signalwegen, z.B. von Wachstumsfaktoren beteiligt. Mutationen im PTEN-Gen führen zur Entstehung vieler sporadischer Tumore sowie dem kongenitalen PTEN-Hamartom-Tumor-Syndrom (PHTS). Eine kausale Therapie für PHTS steht derzeit nicht zur Verfügung. Diese Arbeit beschreibt einen experimentellen Sirolimustherapieversuch bei einem Kind mit PHTS, welches sich unter anderem mit Thymushyperlasie, abdomineller Lipomatose und Kachexie präsentierte. Unter Behandlung zeigten sich eine Verbesserung des Allgemeinzustandes und des Größenwachstums des Patienten, sowie eine transiente Verkleinerung des Thymusvolumens. Die massive Lipomatose wurde im Wachstum gehemmt, nahm aber nicht an Volumen ab. Ein erneutes Thymuswachstum nach 19-monatiger Therapie ließ eine Resistenzentwicklung gegen Sirolimus vermuten. Bei Untersuchungen des PI3K/AKT/mTOR-Signalweges zeigten sich Hinweise für einen möglichen Resistenzmechanismus. Insulin-like growth factor binding protein 2, wird als Biomarker für den Therapieerfolg der Sirolimusbehandlung diskutiert. Dies erwies sich bei unserem Patienten allerdings nicht als geeignet zur Nutzenbewertung der Therapie. In vitro Studien an primären Zellkulturen aus Lipom-Gewebe des Patienten zeigten eine Hemmung von Proliferation und Differenzierung durch Sirolimus, jedoch keine Induktion der Apoptose. Inhibitoren von PI3K und AKT zeigten im Bezug auf Proliferationshemmung und Apotoseinduktion stärkere Effekte. Vor allem der AKT-Inhibitor Perifosin könnte für Patienten mit schwerem PHTS als Therapieoption in Betracht gezogen werden.

PTEN ist als Phosphatase an zahlreichen Signalwegen, z.B. von Wachstumsfaktoren beteiligt. Mutationen im PTEN-Gen führen zur Entstehung vieler sporadischer Tumore sowie dem kongenitalen PTEN-Hamartom-Tumor-Syndrom (PHTS). Eine kausale Therapie für PHTS steht derzeit nicht zur Verfügung. Diese Arbeit beschreibt einen experimentellen Sirolimustherapieversuch bei einem Kind mit PHTS, welches sich unter anderem mit Thymushyperlasie, abdomineller Lipomatose und Kachexie präsentierte. Unter Behandlung zeigten sich eine Verbesserung des Allgemeinzustandes und des Größenwachstums des Patienten, sowie eine transiente Verkleinerung des Thymusvolumens. Die massive Lipomatose wurde im Wachstum gehemmt, nahm aber nicht an Volumen ab. Ein erneutes Thymuswachstum nach 19-monatiger Therapie ließ eine Resistenzentwicklung gegen Sirolimus vermuten. Bei Untersuchungen des PI3K/AKT/mTOR-Signalweges zeigten sich Hinweise für einen möglichen Resistenzmechanismus. Insulin-like growth factor binding protein 2, wird als Biomarker für den Therapieerfolg der Sirolimusbehandlung diskutiert. Dies erwies sich bei unserem Patienten allerdings nicht als geeignet zur Nutzenbewertung der Therapie. In vitro Studien an primären Zellkulturen aus Lipom-Gewebe des Patienten zeigten eine Hemmung von Proliferation und Differenzierung durch Sirolimus, jedoch keine Induktion der Apoptose. Inhibitoren von PI3K und AKT zeigten im Bezug auf Proliferationshemmung und Apotoseinduktion stärkere Effekte. Vor allem der AKT-Inhibitor Perifosin könnte für Patienten mit schwerem PHTS als Therapieoption in Betracht gezogen werden.:INHALTSVERZEICHNIS: 1 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 2 BIBLIOGRAPHISCHE BESCHREIBUNG 3 VORBEMERKUNGEN 4 EINFÜHRUNG IN DIE THEMATIK 5 1. PTEN im biochemischen Kontext 5 2. Klinische Bedeutung von PTEN 6 3. Gezielte Therapie für PHTS – Beeinflussung der Signalwege 7 4. Der Patient M.W. als Ausgangspunkt der Arbeit 8 5. Gewinnung von Zellkulturen 10 6. IGFBP-2 als Marker für erfolgreiche Sirolimustherapie 10 7. Fragestellung 11 8. Ergebnisse und Ausblick 11 PUBLIKATIONSMANUSKRIPT 13 ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 21 LITERATURVERZEICHNIS 25 ANLAGEN 28 I. Ergänzungsunterlagen zur wissenschaftlichen Publikation 28 Supplement 1 - Additional methodological descriptions 28 Supplement 2 - Video clip of 3D-MRI reconstruction 28 II. Charakterisierung der Lipom-Zellkulturen 29 II.a Lipom-Zellen in Langzeitkultur 29 II.b Veränderung im PI3K-Signalweg 30 III. Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 32 IV. Danksagungen 33

Der PTEN/PI3K/AKT-Signalweg spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation von Proliferation, Migration und Apoptose. Mäuse mit Defekten innerhalb dieses Signalweges weisen multiple Veränderungen in B- und T-Zell- Homöostase auf, welche zu Thymushyperplasie, Lymphadenopathie, Auto- immunität und Lymphomen führen können. Die Entwicklung und der Erhalt von Foxp3+ regulatorischen T-Zellen ist vom PTEN/PI3K/AKT-Signalweg abhängig. Die immunologischen Konsequenzen von PTEN-Defekten beim Menschen sind bisher nicht verstanden. Aufgrund dieser Tatsache wurden sechs Patienten mit PTEN-Hamartom-Tumor-Syndrom auf immunologische Veränderungen unter- sucht. Die gefundenen Dysregulationen beinhalteten Thymushyperplasie, Tonsillenhypertrophie und ausgedehnte lymphoide Hyperplasien des oberen und unteren Gastrointestinaltraktes. Eine erhöhte Anzahl von naiven Lymphozyten zirkuliert im peripheren Blut und akkumuliert in lymphoiden Organen. Intestinale lymphoide Hyperplasien waren mit einer gesteigerten Phosphorylierung von AKT assoziiert, zeigten jedoch normale Proliferation in T-Zell-Zonen sowie eine normale Verteilung CD3+Foxp3+ T-Zellen. Foxp3+ T-Zellen zeigten jedoch eine gesteigerte Proliferation und Aktivierung des mTORC1-Pfades in situ, was auf einen Schwelleneffekt für PTEN-Aktivität hinweisen könnte. Auffällig war eine reduzierte Apoptose bei gleichzeitig gesteigerter Proliferation und erhöhter mTOR- Aktivität bei CD20+CD10+ B-Zellen des Keimzentrums. Diese Daten zeigen, dass ein Verlust von PTEN-Aktivität auch beim Menschen mit Defekten in B- und T-Zell- Homöostase assoziiert ist. Dies führt zur Akkumulation von Lymphozyten und intestinaler lymphoider Hyperplasie bei weitgehend erhaltener Immunkompetenz.

Der PTEN/PI3K/AKT-Signalweg spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation von Proliferation, Migration und Apoptose. Mäuse mit Defekten innerhalb dieses Signalweges weisen multiple Veränderungen in B- und T-Zell- Homöostase auf, welche zu Thymushyperplasie, Lymphadenopathie, Auto- immunität und Lymphomen führen können. Die Entwicklung und der Erhalt von Foxp3+ regulatorischen T-Zellen ist vom PTEN/PI3K/AKT-Signalweg abhängig. Die immunologischen Konsequenzen von PTEN-Defekten beim Menschen sind bisher nicht verstanden. Aufgrund dieser Tatsache wurden sechs Patienten mit PTEN-Hamartom-Tumor-Syndrom auf immunologische Veränderungen unter- sucht. Die gefundenen Dysregulationen beinhalteten Thymushyperplasie, Tonsillenhypertrophie und ausgedehnte lymphoide Hyperplasien des oberen und unteren Gastrointestinaltraktes. Eine erhöhte Anzahl von naiven Lymphozyten zirkuliert im peripheren Blut und akkumuliert in lymphoiden Organen. Intestinale lymphoide Hyperplasien waren mit einer gesteigerten Phosphorylierung von AKT assoziiert, zeigten jedoch normale Proliferation in T-Zell-Zonen sowie eine normale Verteilung CD3+Foxp3+ T-Zellen. Foxp3+ T-Zellen zeigten jedoch eine gesteigerte Proliferation und Aktivierung des mTORC1-Pfades in situ, was auf einen Schwelleneffekt für PTEN-Aktivität hinweisen könnte. Auffällig war eine reduzierte Apoptose bei gleichzeitig gesteigerter Proliferation und erhöhter mTOR- Aktivität bei CD20+CD10+ B-Zellen des Keimzentrums. Diese Daten zeigen, dass ein Verlust von PTEN-Aktivität auch beim Menschen mit Defekten in B- und T-Zell- Homöostase assoziiert ist. Dies führt zur Akkumulation von Lymphozyten und intestinaler lymphoider Hyperplasie bei weitgehend erhaltener Immunkompetenz.