<p>Hematopoiesis is the continual process of blood cell generation that primarily occurs in the bone marrow of adult animals. Hematologic neoplasms can also occur in the bone marrow and often result from dysregulation of signal transduction pathways. One example is the activation of the Ras oncogene, which has been linked to a variety of different cancers, including hematologic neoplasms. Ras is located proximal to the cell membrane and can activate many downstream effector pathways, thus it is difficult to determine which downstream pathway is mediating oncogenic Ras function. My thesis work focused on the effect of inappropriate activation of MEK/ERK, a downstream Ras effector pathway, in the hematopoietic system.</p><p>Using a retroviral transduction system, we expressed a constitutively active form of MEK1 in hematopoietic stem cells (HSCs). Mice transplanted with HSCs expressing active MEK developed a lethal myelodysplastic syndrome/myeloproliferative disease (MDS/MPN) characterized by the expansion of granulocytes/macrophages (GM) at the expense of lymphoid cell development. Transplantation of active MEK-induced MDS/MPNs into naïve mice did not result in further disease, suggesting that the MDS/MPN is not a frank leukemia.</p><p>Bcl-2 is an anti-apoptotic molecule that has been shown to play a role in leukemia development and maintenance. Coupling expression of active MEK and Bcl-2 resulted in MDS/MPNs that were phenotypically identical and had very similar disease onset compared to active MEK-induced MDS/MPNs. However, transplantation of Bcl-2/active MEK-induced MDS/MPNs did not result in a myeloid disease; rather, it resulted in the development of T-acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) that was marked by activated Notch signaling. </p><p>These results led us to conclude that activation of MEK/ERK was sufficient to cause a pre-leukemic myeloid disease; however, additional oncogenic factors, such as Bcl-2 and Notch, were necessary for frank leukemia development. Moreover, additional oncogenic factors can alter the disease phenotype and disease course. Future analysis of the interplay between oncogenic factors will help shed light on disease development and aid in the development of more effective cancer treatments.</p> / Dissertation

Τα μυελοδυσπλαστικά σύνδρομα (ΜΔΣ) χαρακτηρίζονται από μη αποδοτική αιμοποίηση, αναστολή ωρίμανσης των προγονικών κυττάρων του μυελού και αυξημένη ενδομυελική απόπτωση. Η συσχέτιση του ΜΔΣ με την παρουσία αυξημένου οξειδωτικού στρες και οξειδωτικά τροποποιημένων πρωτεϊνών στα προγονικά αιμοποιητικά κύτταρα του μυελού έχει προηγουμένως αναφερθεί. Πρόσφατα βιβλιογραφικά δεδομένα δηλώνουν τη δυνατότητα διάκρισης δύο υποπληθυσμών της μυελικής σειράς βάσει σκεδαστικών χαρακτηριστικών και της έκφρασης του CD45, CD45dim (Neutrophil granulocytic subpopulation-1, NGS1) και CD45high (Neutrophil granulocytic subpopulation-2, NGS2). Ο υποπληθυσμός CD45dim φέρει άωρα κύτταρα, που στην πλειοψηφία τους δεν ωριμάζουν έως τελικού σταδίου[1]. Ο πλήρης χαρακτηρισμός των πληθυσμών αυτών, καθώς επίσης, και η συμμετοχή τους στη μη αποδοτική αιμοποίηση των ΜΔΣ και στην εξέλιξη της νόσου είναι στοιχεία άγνωστα. Σκοπός της παρούσης εργασίας ήταν η διερεύνηση δεικτών απόπτωσης και οξειδωτικού φορτίου (ελεύθερες ρίζες οξυγόνου-ROS) στους υποπληθυσμούς της μυελικής σειράς CD45dim και CD45high. Μελετήθηκαν 17 δείγματα μυελού ασθενών με ΜΔΣ μετά από ανάλυση συνδυασμού 5 χρωμάτων με κυτταρομετρία ροής, για τους δείκτες CD11b/CD16, annexin-V/7-AAD και 2,7-dichlorodihydrofluo-rescein-diacetate(DCF). Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του κατάλληλου προγράμματος με μη παραμετρικά κριτήρια (Wilcoxon & Mann-Whitney). Το ποσοστό των αποπτωτικών 7-AAD/annexin-V+ κυττάρων ήταν σημαντικά αυξημένο στα CD45high/ CD11b+/CD16+ της μυελικής σειράς συγκριτικά με τα CD45dim/CD11b+/CD16- κύτταρα. Τα CD45dim και CD45high κύτταρα μυελού με τη χρήση του ειδικού ανιχνευτή των επιπέδων των ελεύθερων ριζών οξυγόνου DCF αναλύθηκαν σε ROSLow και ROSHigh πληθυσμούς. Η ανάλυση με τη χρήση των παραπάνω κριτηρίων έδειξε σημαντική αύξηση του ποσοστού των ROSHigh κυττάρων στα CD45high κύτταρα, συμπεραίνοντας έτσι ότι ο υποπληθυσμός CD45dim έχει χαμηλότερα επίπεδα ενδοκυττάριων ROS εν συγκρίσει με τον CD45high υποπληθυσμό. Ο CD45high υποπληθυσμός της μυελικής σειράς χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερα ποσοστά έκφρασης αποπτωτικών δεικτών καθώς επίσης και από τη παρουσία αυξημένου οξειδωτικού φορτίου συγκριτικά με τα CD45dim κύτταρα. Η περεταίρω διερεύνηση του ρόλου των πληθυσμών αυτών στις διαδικασίες ανάπτυξης του ΜΔΣ και στην εξέλιξη της νόσου είναι υπό εξέλιξη. / --

Το Μυελοδυσπλαστικό Σύνδρομο (ΜΔΣ) αποτελεί νόσημα με διαταραχή σε επίπεδο αρχέγονου αιμοποιητικού κυττάρου (stem cell) που χαρακτηρίζεται από μη αποδοτική αιμοποίηση και κυτταροπενίες του περιφερικού αίματος που περιλαμβάνουν μία ή περισσότερες αιμοποιητικές σειρές. Διάφορες ανοσολογικές διαταραχές των ασθενών με ΜΔΣ, όπως, αυξημένη ευαισθησία σε βακτηριακές λοιμώξεις, αυτοάνοσα φαινόμενα και υψηλή συχνότητα κακοηθειών του λεμφικού ιστού, υποδεικνύουν αδυναμία των ασθενών με ΜΔΣ για ανοσολογική απάντηση, οι αιτίες των οποίων παραμένουν άγνωστες μέχρι σήμερα. Τα Δενδριτικά Κύτταρα (ΔΚ) είναι κύτταρα του ανοσολογικού μηχανισμού που προέρχονται από το μυελό των οστών. Ως αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα (APC), είναι εξειδικευμένα για τη πρόσληψη, επεξεργασία, μεταφορά και παρουσίαση του αντιγόνου στα Τ λεμφοκύτταρα. Στη παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε ανάλυση διαφορετικών ποσοτικών και λειτουργικών παραμέτρων των ΔΚ από ασθενείς με Μυελοδυσπλαστικό Σύνδρομο, in vivo ή in vitro. Αρχικά διερευνήθηκε ο αριθμός, ο φαινότυπος, η ικανότητα ενδοκύττωσης και η αλλογενής διεγερτική δυνατότητα των ΔΚ, προερχόμενων από μονοκύτταρα του περιφερικού αίματος (ΜοΔΚ) ασθενών με ΜΔΣ και υγιών μαρτύρων, σε διαφορετικά στάδια διαφοροποίησης. Τα μονοκύτταρα των ασθενών με ΜΔΣ χαρακτηρίστηκαν από μειωμένη ικανότητα διαφοροποίησης σε ΔΚ, λόγω του μειωμένου αριθμού των διαφοροποιημένων κυττάρων και τη χαμηλή έκφραση του CD1a αντιγόνου επιφανείας. Τα ΜοΔΚ των ΜΔΣ ασθενών παρουσίασαν χαμηλή έκφραση του υποδοχέα της μανόζης και μειωμένη ικανότητα ενδοκύττωσης. ΜοΔΚ των ΜΔΣ ασθενών επέδειξαν μειωμένη απάντηση ύστερα από διέγερση με TNF-α, καθώς η έκφραση των CD83, CD80 και CD54 αντιγόνων και η αλλοδιεγερτική ικανότητα ήταν μειωμένη, ενώ η επίδραση με LPS είχε ως αποτέλεσμα να εμφανίσουν φαινοτυπικά χαρακτηριστικά και ικανότητα διέγερσης των Τ-κυττάρων, όμοια με τα ΜοΔΚ των φυσιολογικών μαρτύρων. Σε δύο από τους ασθενείς με σύνδρομο 5q-, σχεδόν όλα τα μονοκύτταρα και τα ΜοΔΚ περιείχαν τη χρωμοσωμική διαταραχή, υποδηλώνοντας την προέλευσή τους από τον παθολογικό κλώνο. Στη συνέχεια διερευνήθηκε το δυναμικό πολλαπλασιασμού και διαφοροποίησης των CD34+ προγονικών κυττάρων του μυελού ασθενών με ΜΔΣ σε δενδριτικά κύτταρα (CD34-ΔΚ) σε υγρή καλλιέργεια παρουσία κυτοκινών. Παράλληλα, έγινε ανάλυση των κυκλοφορούντων ΔΚ περιφερικού αίματος στους ίδιους ασθενείς. Τα CD34+ προγονικά κύτταρα παρουσίασαν χαμηλή δυνατότητα ανάπτυξης ΔΚ in vitro, καθώς ο αριθμός των παραγόμενων ΔΚ ανά CD34+ κύτταρο ήταν χαμηλότερος συγκριτικά με τα δείγματα των υγιών μαρτύρων. Παρά την αυξημένη απόπτωση των προγονικών κυττάρων του μυελού των ΜΔΣ ασθενών, η επιβίωση και ο πολλαπλασιασμός των CD34+ κυττάρων στην καλλιέργεια, δεν συσχετίστηκε με την απόπτωση και αποτελεί αξιοσημείωτη παρατήρηση. Φαινοτυπικά, τα CD34-ΔΚ των ΜΔΣ ασθενών δεν διέφεραν από τα ΔΚ που παρήχθησαν από τα CD34+ κύτταρα του μυελού των φυσιολογικών μαρτύρων καθώς επέδειξαν όμοια έκφραση των CD83, CD80, CD40, HLA-DR και CD54 αντιγόνων. Κυτταροεπιλεγμένα CD1a+ κύτταρα ασθενών είχαν όμοια διεγερτική ικανότητα αλλογενών Τ κυττάρων με τα CD34-ΔΚ των φυσιολογικών ατόμων. Το ποσοστό των κυκλοφορούντων μυελοειδών- και πλασματοκυτταροειδών- ΔΚ στους ασθενείς με ΜΔΣ ήταν σημαντικά μειωμένο συγκριτικά με τους υγιείς μάρτυρες. Στους ασθενείς με 5q έλλειψη, τόσο τα CD34-ΔΚ, όσο και τα ΔΚ του αίματος, είχαν τη χρωμοσωμική ανωμαλία. Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η διαδικασία παραγωγής δενδριτικών κυττάρων από το μυελό (‘δενδριτοποίηση’) των ασθενών με ΜΔΣ, είναι μέρος της κλωνικής διαταραχής με αποτέλεσμα την μη αποδοτική παραγωγή ΔΚ από τα προγονικά κύτταρα του μυελού και το χαμηλό ποσοστό των κυκλοφορούντων πρόδρομων ΔΚ. Όλες οι ΔΚ υποομάδες προέρχονται από τον παθολογικό κλώνο και χαρακτηρίζονται από ποσοτικές και ποιοτικές ανωμαλίες. Το σύνολο αυτών των διαταραχών που παρατηρήθηκαν στα ΔΚ πολύ πιθανόν να συμβάλει στη διαταραγμένη ανοσολογική απάντηση έναντι παθογόνων οργανισμών, στην επιβίωση και στην επικράτηση του παθολογικού κλώνου, όπως επίσης και στην εμφάνιση αυτοάνοσων φαινομένων, που παρατηρούνται στους ασθενείς με ΜΔΣ. / Myelodysplastic syndrome (MDS) is a stem cell disorder characterized by ineffective hematopoiesis and blood cytopenias involving one or several myeloid lineages. Various immune disturbances in MDS such as increased susceptibility to bacterial infections, autoimmune phenomena and high incidence of lymphoid malignancies reveal an underlying defect of the immune response in MDS patients, the reasons for which still remain unclear. Dendritic cells (DCs) are bone marrow derived cells. As the most potent antigen presenting cells (APC), they are specialized for the uptake, processing, transport and presentation of Ag to T cells. In the present study different quantitative and functional parameters of DCs in patients with MDS were analyzed either in vivo or in vitro. The number, phenotype, endocytic ability, and allostimulatory capacity of DCs derived from peripheral blood monocytes (MoDCs) were investigated in patients with MDS and healthy controls at different stages of differentiation using the maturation stimuli-TNF-á and LPS. Monocytes in MDS showed low potential to differentiate into DCs, as determined by low cell yield and CD1a expression. MDS-MoDCs exhibited low expression of Mannose receptor and reduced endocytic capacity. When stimulated with TNF-á, MoDCs obtained from MDS patients showed a diminished response with low CD83, CD80 and CD54 expression and allostimulatory capacity, whereas in the presence of LPS MDS-MoDCs acquired phenotypic characteristics and ability to stimulate T-cells similar to MoDCs derived from controls. In two patients with 5q- syndrome the vast majority of both monocytes and MoDCs were positive for the 5q deletion, suggesting that they originate from the malignant clone. Second, we investigated the potential of bone marrow CD34+ progenitors in patients with MDS to proliferate and differentiate into DCs in a liquid cytokine supplemented culture system and also analyzed the status of blood DC subsets in those patients. CD34+ progenitors had low potential to generate DCs in vitro, as the number of DCs obtained from one CD34+ cell was significantly lower compared to controls. Interestingly, although the increased apoptotic level of bone marrow progenitors in MDS, the survival and proliferation of CD34+ cells in culture was not correlated to the degree of apoptosis. Phenotypically the MDS CD34-DCs did not differ from DCs obtained from normal BM CD34+ cells, exhibiting similar expression of CD83, CD80, CD40, HLA-DR, and CD54. FACsorted CD1a+ cells from MDS patients were as efficient stimulators of allogeneic T cells as normal CD34-DCs. The percentage of both circulating DC subsets, MDCs and PDCs in MDS patients was extremely diminished compared to controls. In cases with the 5q deletion both CD34-DCs and blood DCs harbor the cytogenetic abnormality. The results indicate that “dendritopoiesis” in MDS is affected by the transformation process resulting in ineffective production of DCs from bone marrow progenitors with low circulating blood precursors. All DC subsets were derived from the malignant clone and exhibited quantitative and qualitative abnormalities. This constellation of DCs defects probably contribute to the defective immune response against pathogens, escape and expansion of the malignant clone, as well as autoimmune phenomena, observed in MDS patients.

Hematopoiesis is a highly orchestrated process, in which a single hematopoietic stem cell (HSC) gives a rise to all blood cellular components. For myeloid and lymphoid development precise controlled expression of the PU.1 transcription factor is needed. Deletion of PU.1 gene in mouse is lethal and its dysregulation during hematopoietic differentiation is associated with blood malignancies including acute myeloid leukemia (AML) and myelodysplastic syndromes (MDS). MDS and AML are serious blood disorders characterized by expansion of immature blood cells and lack of differentiated functional cells. Not only genetic but also epigenetic aberrations represent a very important field for studying pathophysiology of leukemia genesis and dysregulation of the PU.1 gene represents intensively studied candidate mechanism. Modern therapy of selected MDS and subset of AML patients is based on treatment with DNA hypomethylating agent Azacytidine (AZA) interfering in PU.1 gene regulatory mechanism. However, poor response or resistance to this therapy often occurs. In this thesis we present data obtained from AZA-resistant clones of MDS/AML cell line OCI-M2. We analysed DNA methylation and DNA hydroxymethylation at the key regulatory element of the PU.1 gene (URE). We found that these epigenetic modifications at URE...

61 Summary Wilms' tumor gene 1 (WT1) is highly expressed in acute leukemia and other hematological malignancies. It has been therefore suggested as a potential universal marker of minimal residual disease (MRD), particularly in patients with acute myeloid leukemia (AML). Due to controversial results of some of the studies, the role of WT1 in MRD follow-up and WT1 prognostic significance remain unclear. WT1 protein is produced in more than 36 different isoforms. These variants have distinct, partially overlapping functions and their ratio is supposed to influence the final effect of WT1. However, despite the increasing number of studies, the clinical impact of WT1 and its isoforms in acute leukemia have not yet been elucidated. We established a unique qPCR method to assess the expression pattern of the main 4 WT1 isoforms. Using this method, we determined the ratio of WT1 variants in the samples of patients with AML, myelodysplastic syndrome (MDS) and healthy controls. Our data showed that this pattern can distinguish among particular hematological malignancies, but lacks a prognostic significance. Within our international study group we determined the prognostic significance of total WT1 expression in childhood AML. Based on our results of a large cohort of patients we can conclude that WT1 expression at...