Das Multiple Myelom (MM) ist eine seltene, maligne Störung der Plasmazellen, welche trotz gehöriger Therapiefortschritte in den letzten Jahrzehnten nach wie vor als unheilbare Erkrankung betrachtet werden muss. Obwohl eine sehr große intra- und interindividuelle Heterogenität beim Multiplen Myelom beobachtet werden kann, gibt es verschiedene Mutationen, die mit höherer Frequenz in Myelompatientinnen und -patienten gefunden werden. Eines dieser häufiger betroffenen Proteine ist KRas mit Mutationen in etwa 20% der Fälle. Da die Ras-Proteine und somit auch ihre Isoform KRas zu Beginn der Ras/Raf/Mek/Erk-Signalkaskade stehen und dementsprechend einen großen Einfluss auf die Übermittlung von Wachstums- und Überlebenssignalen in Zellen besitzen, ist eine nähere funktionelle Analyse verschiedener KRas-Mutationen von großer Relevanz. Während für einige Mutationen von KRas bereits funktionelle Analysen existieren, wurden die häufig auftretende Exon 2-Mutation KRasp.G12A, sowie die beiden seltenen Exon 4-Mutationen KRasp.A146T und KRasp.A146V bisher in ihrer funktionellen Rolle im MM noch nicht näher charakterisiert. Um die funktionellen Aspekte dieser genannten Mutationen von KRas näher zu untersuchen, kamen im Rahmen meiner Versuchsreihe Sleeping Beauty Transposon System basierte Expressionsvektoren zur transienten und dauerhaften Proteinexpression in verschiedenen Myelomzelllinien zum Einsatz. Durch Transfektion dieser Plasmide in die KRas-Wildtyp tragenden Zellen mit nachfolgender Transposition in die genomische DNA konnte gezielt die Überexpression der verschiedenen Mutationen realisiert werden. So konnte durch die funktionelle Proteinauslese mittels der Anfertigung von Western Blots gezeigt werden, dass jede der drei getesteten Mutationen zu einer verstärkten Phosphorylierung und damit Aktivierung von KRas-nachgeschalteten Proteinen wie z.B. Erk führt. Zusätzlich wurde für die KRas-Mutationen auch ein aktivierender Effekt auf den PI3K/Akt-Signalweg anhand einer erhöhten Phosphorylierung des Proteins Akt nachgewiesen. Ebenso wie andere bereits besser charakterisierte KRas-Mutationen haben demnach auch die getesteten KRas-Mutationen KRasp.G12A, KRasp.A146T und KRasp.A146V einen positiven Einfluss auf die intrazellulären Überlebenssignale und könnten daher eine elementare Rolle in der Entwicklung des Multiplen Myeloms bei Patientinnen und Patienten spielen. Es gilt daher, die drei in dieser Arbeit untersuchten KRas-Mutationen, zukünftig in die Wirkstoffsuche KRas-spezifischer Therapeutika miteinzubeziehen. / Multiple Myeloma (MM) is a rare, malignant disorder of plasma cells, which despite the progress in therapy over the last decades, must still be considered an incurable disease. Although a very large intra- and interindividual heterogeneity can be observed in multiple myeloma, there are various mutations that are found at higher frequencies in myeloma patients. One of these more common proteins affected by mutations in myeloma patients is KRas, with mutations in about 20% of cases. Since the Ras proteins and thus also their KRas isoform are at the beginning of the Ras/Raf/Mek/Erk signaling cascade and therefore have a major influence on the transmission of survival signals in cells, a closer functional analysis of various KRas mutations is of great relevance. While functional analyses already exist for some KRas mutations, the frequently occurring exon 2 mutation KRasp.G12A and the two rare exon 4 mutations KRasp.A146T and KRasp.A146V have not yet been characterized in their functional role in MM. To further investigate the functional aspects of these KRas mutations, I used protein expression vectors based on the Sleeping Beauty Transposon System for transient and sustained protein expression in different myeloma cell lines. By transfection of these plasmids into KRas wild-type cells the overexpression of the different mutations could be realized. By functional protein readout using Western blots it could be shown that each of the three tested mutations leads to increased phosphorylation and thus activation of KRas downstream proteins such as Erk. In addition, an activating effect on the PI3K/Akt signaling pathway could be demonstrated for the KRas mutations by showing an increased phosphorylation of the Akt protein. As with other KRas mutations that have already been better characterized, the KRas mutations KRasp.G12A, KRasp.A146T and KRasp.A146V have a positive influence on intracellular survival signals and could therefore play a fundamental role in the development of multiple myeloma in patients. It is therefore important to include the three KRas mutations investigated in this work in the drug discovery process for KRas-specific therapeutics in the future.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich Carfilzomib, einem Proteasominhibitor der zweiten Generation. Carfilzomib bindet irreversibel an das Proteasom, hemmt dadurch seine Funktion des Proteinabbaus und löst dadurch eine Reihe von bisher noch nicht vollständig verstandenen zellulären Reaktionen aus, die zu einer Induktion von Apoptose in MM-Zellen führen. Einer der Signaltransduktionswege, die durch Carfilzomib induziert werden, ist der JNK-Signaltransduktionsweg, der unter anderem bei zellulärem Stress in die Entscheidung zwischen Zellprotektion und Apoptose eingebunden ist. Welche Umstände welche Wege triggern, und wie genau dieser Prozess reguliert wird, ist bisher noch weitgehend unklar. Da Carfilzomib zu einer Aktivierung des JNK-Signaltransduktionsweg führt und Apoptose induziert, lag die Frage nach einem möglichen Zusammenhang zwischen beiden Mechanismen nahe. Die vorliegende Arbeit überprüft die Hypothese, dass der JNK-Signaltransduktionsweg entscheidend zur Vermittlung der apoptotischen Effekte von Carfilzomib beiträgt. Die Ergebnisse einer ersten Versuchsreihe schienen die Hypothese zu bestätigen, da wir bei einer artifiziellen, sehr starken Aktivierung des JNK-Signaltransduktionsweges durch Anisomycin eine Verstärkung des durch Carfilzomib-induzierten apoptotischen Effektes beobachten konnten. Weitere Versuche, die sich auf die durch Carfilzomib induzierte Aktivierung des JNK-Signaltransduktionsweges fokussierten, konnten die Annahme in unserer Hypothese klar widerlegen, indem sie zeigten, dass die JNK-vermittelte Phosphorylierung von c-jun an Serin 63 und Serin 73 für die Carfilzomib-induzierte Apoptose nicht notwendig ist. Im Gegenteil, bei Inhibition des JNK-Signaltransduktionsweges waren die apoptotischen Effekte durch Carfilzomib sogar stärker ausgeprägt als durch Carfilzomib-Behandlung allein. Die diesem Effekt zugrundeliegenden molekularen Mechanismen ließen sich im Rahmen der Arbeit nicht aufklären. Eine mögliche Erklärung wäre, dass die reaktive Aktivierung des JNK-Signaltransduktionsweges unter dem zellulären Stresszustand, den die Proteasominhibition auslöst, eher eine zellprotektive Wirkung zeigt. Der Wegfall dieser protektiven Wirkung vermag die erhöhte Apoptoserate bei JNK-Inhibition zu erklären. Meine Arbeit unterstreicht dabei den weiterzuverfolgenden Ansatz, die zellprotektiven Mechanismen unter Carfilzomib-Behandlung besser zu verstehen. / The present work analyzes the second generation proteasome inhibitor Carfilzomib, a substance that irreversibly binds to the proteasome, inhibiting its protein degradation function and thereby triggering a series of, as yet not fully understood, cellular responses leading to induction of apoptosis in MM cells. One of the signal transduction pathways induced by Carfilzomib is the JNK signal transduction pathway, which has been implicated in the decision pathway between cell protection and apoptosis during cellular stress. The specific circumstances that trigger these pathways and the exact processes for regulation remain largely unclear. As Carfilzomib leads to activation of the JNK signal transduction pathway and induces apoptosis, a correlation between these mechanisms has been postulated. Therefore, the present work tests the hypothesis of whether the JNK signal transduction pathway is crucial in mediating the apoptotic effects of carfilzomib. The results of an initial series of experiments confirmed the hypothesis, as the apoptotic effect induced by carfilzomib was enhanced when the JNK signal transduction pathway was artificially activated to a very high degree by Anisomycin. However, further experiments that focused on Carfilzomib-induced activation of the JNK signal transduction pathway did not support the hypothesis and showed that JNK-mediated phosphorylation of c-jun at serine 63 and serine 73 was not required for carfilzomib-induced apoptosis. In contrast, when the JNK signal transduction pathway was inhibited, the apoptotic effects were even more pronounced by Carfilzomib than by Carfilzomib treatment alone. The molecular mechanisms underlying this effect could not be elucidated within the scope of this work. However, one possible explanation for these results could be that reactive activation of the JNK signal transduction pathway tends to exhibit a cell-protective effect under the cellular stress state induced by proteasome inhibition. The removal of this protective effect may explain the increased rate of apoptosis on JNK inhibition. In this regard, this work underscores the ongoing efforts to understand the cell-protective mechanisms that are impacted by Carfilzomib treatment.

Ulm, Univ., Diss., 2008.

Multiple myeloma (MM) is a disease of terminally differentiated B-cells which accumulate in the bone marrow leading to bone lesions, hematopoietic insufficiency and hypercalcemia. Genetically, MM is characterized by a great heterogeneity. A recent next-generation sequencing approach resulted in the identification of a signaling network with an accumulation of mutations in receptor-tyrosine kinases (RTKs), adhesion molecules and downstream effectors. A deep-sequencing amplicon approach of the coding DNA sequence of the six RTKs EPHA2, EGFR, ERBB3, IGF1R, NTRK1 and NTRK2 was conducted in a patient cohort (75 MM samples and 68 corresponding normal samples) of the “Deutsche Studiengruppe Multiples Myelom (DSMM)” to further elucidate the role of RTKs in MM. As an initial approach the detected mutations were correlated with cytogenetic abnormalities and clinical data in the course of this thesis. RTK mutations were present in 13% of MM patients of the DSMM XI trial and accumulated in the ligand-binding and tyrosine-kinase domain. The newly identified mutations were associated with an adverse patient survival, but not with any cytogenetic abnormality common in MM. Especially rare patient-specific SNPs (single nucleotide polymorphism) had a negative impact on patient survival. For a more comprehensive understanding of the role of rare RTK SNPs in MM, a second amplicon sequencing approach was performed in a patient cohort of the DSMM XII trial that included 75 tumor and 184 normal samples. This approach identified a total of 23 different mutations in the six RTKs EPHA2, EGFR, ERBB3, IGF1R, NTRK1 and NTRK2 affecting 24 patients. These mutations could furthermore be divided into 20 rare SNPs and 3 SNVs (single nucleotide variant). In contrast to the first study, the rare SNPs were significantly associated with the adverse prognostic factor del17p. IGF1R was among the most commonly mutated RTKs in the first amplicon sequencing approach and is known to play an important role in diverse cellular processes such as cell proliferation and survival. To study the role of IGF1R mutations in the hard-to-transfect MM cells, stable IGF1R-knockdown MM cell lines were established. One of the knockdown cell lines (L363-C/C9) as well as a IGF1R-WT MM cell line (AMO1) were subsequently used for the stable overexpression of WT IGF1R and mutant IGF1R (N1129S, D1146N). Overall, an impact on the MAPK and PI3K/AKT signaling pathways was observed upon the IGF1R knockdown as well as upon WT and mutant IGF1R overexpression. The resulting signaling pattern, however, differed between different MM cell lines used in this thesis as well as in a parallel performed master thesis which further demonstrates the great heterogeneity described in MM. Taken together, the conducted sequencing and functional studies illustrate the importance of RTKs and especially of IGF1R and its mutants in the pathogenesis of MM. Moreover, the results support the potential role of IGF1R as a therapeutic target for a subset of MM patients with mutated IGF1R and/or IGF1R overexpression. / Das Multiple Myelom (MM) ist eine maligne Erkrankung ausdifferenzierter B-Zellen, den sogenannten Plasmazellen, welche sich im Knochenmark anhäufen. Symptome des MM sind, unter anderem, Knochenläsionen, Hyperkalzämie und hämatopoetische Insuffizienz. Zusätzlich ist das MM durch eine große genetische Heterogenität geprägt. In einer kürzlich durchgeführten Next-Generation Sequencing Studie wurde eine Akkumulation von Mutationen in Rezeptortyrosinkinasen (RTK), Adhesionmolekülen und den zugehörigen Effektoren identifiziert. Dies erlaubte die Definition eines inter- und intrazellulären Signalnetzwerkes. Um die Rolle der RTKs im MM genauer zu definieren, wurde die kodierende DNA Sequenz der sechs RTKs EPHA2, EGFR, ERBB3, IGF1R, NTRK1 und NTRK2 in einer einheitlich therapierten Patientenkohorte (75 Patienten) der „Deutschen Studiengruppe Multiples Myelom“ (DSMM) mittels eines Amplikonansatzes sequenziert. Die identifizierten Mutationen wurden im Rahmen dieser Arbeit validiert und anschließend mit zytogenetischen Anomalitäten und klinischen Daten korreliert. RTK Mutationen waren in 13 % der MM Patienten vorhanden und akkumulierten besonders in den Ligandenbindungs- und der Tyrosinkinase- Domänen. Die neu identifizierten RTK Mutationen hatten einen signifikant negativen Einfluss auf das Überleben, jedoch konnte kein Zusammenhang zwischen den Mutationen und zytogenetischen Alterationen festgestellt werden. Besonders seltene, Patienten-spezifische SNPs hatten einen negativen Einfluss auf die Gesamtüberlebenszeit, das ereignisfreie und das progressionsfreie Überleben. Um die Rolle dieser seltenen SNPs im MM besser zu verstehen, wurde ein zweiter Amplikonansatz in einer neuen Patientenkohorte der DSMM XII Studie durchgeführt. Hierbei wurden die sechs RTKs EPHA2, EGFR, ERBB3, IGF1R, NTRK1 und NTRK2 in 75 Tumor und 184 Normalproben sequenziert. Bei diesem Ansatz wurden 23 unterschiedliche Mutationen in 24 Patienten identifiziert. Diese Mutation konnten in 20 seltene SNPs und 3 SNVs (single nuleotide variant) unterteilt werden und waren, im Gegensatz zu Mutationen der ersten Studie, signifikant mit dem negativ prognostischen Faktor del17p assoziiert. IGF1R war bei der initialen Amplikon-Sequenzierstudie unter den am häufigsten mutierten RTKs und spielt eine wichtige Rolle in verschiedenen zellulären Prozessen, z. B. der Zellproliferation und dem Überleben. Um eine funktionelle Untersuchung der IGF1R Mutation in den schwer-zu-transfizierenden MM-Zellen zu ermöglichen, wurden stabile IGF1R-knockdown MM-Zelllinien etabliert. Eine dieser knockdown Zelllinien (L363-C/C9) sowie eine IGF1R WT MM-Zelllinie (AMO1) wurden anschließend für die stabile Überexpression von IGF1R WT, IGF1R D1146N und IGF1R N1129S verwendet. Funktionelle Analysen zeigten, dass sowohl IGF1R-knockdown als auch die Überexpression von IGF1R WT, IGF1R D1146N und IGF1R N1129S einen Einfluss auf den MAPK und den PI3K/AKT Signalweg haben. Der Einfluss des IGF1R WT, als auch der zwei Mutanten IGF1R D1146N und IGF1R N1129S unterschied sich jedoch in den in dieser Arbeit und in einer parallel durchgeführten Masterarbeit verwendeten Zelllinien. Diese Unterschiede verdeutlichen zusätzlich die große Heterogenität für die das MM bekannt ist. Zusammengenommen verdeutlichen die durchgeführten Sequenzier- und funktionellen Studien die wichtige Rolle der RTKs, besonders von IGF1R, im MM. Darüber hinaus unterstützen die erhaltenen Ergebnisse die potenzielle Rolle von IGF1R als therapeutisches Ziel für MM-Patienten mit mutiertem IGF1R und / oder IGF1R-Überexpression.

Angiopoetin-like 4 (ANGPTL-4) ist ein Adipokin, das in der extrazellulären Matrix lokalisiert ist und das neben seinen Aufgaben im Fettstoffwechsel auch die Zellmigration, Zellinvasion und die Angioneogenese reguliert. Da es zusätzlich auch den Knochenabbau fördert, wirkt es als Tumorpromotor speziell für Knochentumore. Aufgrund der gesteigerten Expression in Tumorgewebe ist es potenzielles Ziel für molekulare Bildgebung. Mittels Expressionsanalysen auf mRNA- und Proteinebene sollte ein besseres Verständnis der Regulation von ANGPTL-4 erreicht werden. Dexamethason und die 9-cis-Retinsäure beeinflussten die Expression von ANGPTL-4 in MDA Zellen im positiven Sinne, wohingegen der Adenylatcyclase Aktivator Forskolin die Expression supprimierte. In MCF-7 Zellen wurde ANGPTL-4 durch den Phorbolester PMA und durch den Epidermalen Wachstumsfaktor (EGF) induziert. Eine Modulation von ANGPTL-4 könnte von klinischem Nutzen sein, speziell bei der Behandlung von Knochentumoren. Zusätzlich könnte die Trennschärfe von molekularen bildgebenden Verfahren gesteigert werden. / Angiopoietin-like 4 (ANGPTL-4) is an adipokine localized in the extracellular matrix that regulates cell migration, cell invasion, and angioneogenesis in addition to its roles in lipid metabolism. Since it further promotes bone resorption, it acts as a tumor promoter specifically for bone tumors. Due to its increased expression in tumor tissue, it is a potential target for molecular imaging. Expression analyses at the mRNA and protein levels were used to gain a better understanding of the regulation of ANGPTL-4. Dexamethasone and 9-cis-retinoic acid positively affected ANGPTL-4 expression in MDA cells, whereas the adenylate cyclase activator forskolin suppressed expression. In MCF-7 cells, ANGPTL-4 was induced by the phorbol ester PMA and by epidermal growth factor (EGF). Modulation of ANGPTL-4 could be of clinical benefit, especially in the treatment of bone tumors. In addition, the discriminatory power of molecular imaging techniques could be increased.

Im Rahmen dieser Studie wurde die Lebensqualität (QoL) von Patienten mit Multiplem Myelom zu verschiedenen Therapiezeitpunkten untersucht. Dabei erwies sich die erstmals im Rahmen einer Studie mit Myelompatienten angewandte Kombination aus PHQ-4, EORTC QLQ-C30 und dem spezifischen -MY20 Fragebogen als geeignetes Instrument zur validen Erfassung von Ängstlichkeit/Depressivität und Lebensqualität. Insgesamt schätzten Erstlinienpatienten, Männer und jüngere Patienten vor, während und nach der Therapie ihre Lebensqualität positiver ein, sodass insbesondere Rezidivpatienten, Frauen und ältere Patienten von einer intensivierten therapiebegleitenden supportiven Betreuung profitieren könnten. Es sollte bei der Therapiewahl berücksichtigt werden, dass Erstlinienpatienten zum einen über eine insgesamt bessere allgemeine QoL und geringere Schmerzen als Rezidivpatienten berichteten und zum anderen es durch die systemische Therapie bei diesen zu einer weiteren Verbesserung kommen kann. Unabhängig hiervon korrelierte der ECOG-Status signifikant mit der QoL und sollte daher regelmäßig erhoben werden. Während der Therapie kam es bei Myelompatienten v.a. zu einer negativeren Wahrnehmung des eigenen Körperbilds, einer Abnahme der kognitiven Funktion und einer Zunahme der Therapienebenwirkungen, sodass interdisziplinäre Behandlerteams neben einem optimalen Nebenwirkungsmanagement auch in der klinischen Routine noch nicht so fest etablierte Ressourcen berücksichtigen sollten, wie z.B. psychoedukative Interventionen, Entspannungsverfahren oder auch kognitives Training. Eine der wichtigsten Erkenntnisse der Studie war die signifikant reduzierte Lebensqualität bei Patienten mit vermehrter Ängstlichkeit/Depressivität, die die Notwendigkeit eines regelmäßigen Screenings in der klinischen Routine aufzeigt, um Risikopatienten entsprechend zu identifizieren. Trotz der vermuteten Lebensqualitätsbeeinflussung durch die intensivere, längere Therapie, zeigten sich bei Tandemtransplantierten nicht mehr Lebensqualitätsvariablen signifikant negativ beeinflusst als beim Gesamtkollektiv, sodass diese Beobachtung eine wertvolle Entscheidungshilfe für Patienten sein könnte, die aus Sorge vor einer reduzierten Lebensqualität transplantationsbasierten Konzepten zurückhaltend gegenüberstehen. Unter Berücksichtigung der o.g. Limitationen, konnte zusätzlich eine deutliche positive Beeinflussung der Lebensqualität durch Teilnahme an klinischen Therapiestudien aufgezeigt werden, sodass Patienten evtl. von einer noch intensiveren multiprofessionellen Begleitung wie sie in Studiensettings gegeben ist profitieren könnten. / Background: Multiple myeloma (MM) is an incurable hematologic malignancy with increasing importance and incidence due to an aging population. Currently, it’s the third most common haematological cancer worldwide. A multitude of therapeutic options for the treatment of MM is available. Each has a different range of adverse events and dependent on this, a varying influence on the health-related quality of life (HRQoL). As of yet, little is known about the impact of the different therapeutic options, especially during and after treatment on HRQoL, so this should be investigated. Also, this study aims to show the influences on the HRQoL of some other patient characteristics like anxiety/depression, gender, age etc. Additionally, the influence of participation in a clinical trial on HRQoL should be examined. The aim of this study is to identify patients with MM at a higher risk for decreased HRQoL under therapy to provide a basis for the consideration of those results in clinical decisions. Methods: In this prospective observational study, the HRQoL of MM patients with different therapies (first-line and higher-treatment-lines) was quantified by standardized questionnaires (EORTC QLQ-C30 and -MY20) in the context of individual depressiveness (PHQ-4), sociodemographic data, and a selected number of symptoms and clinical parameters. In case of treatment without stem cell transplantation, there was a baseline assessment before the start of therapy and two following assessments after the end of the treatment. In case of autologous/allogeneic/tandem-stem cell transplantation, in addition to the baseline assessment, there were two or three following assessments to measure the HRQoL during and after treatment. Results: In total, 70 patients were included in the study. Global health status was significantly higher in patients with first-line treatment and with less anxiety/depression. HRQoL decreased significantly after start of chemotherapy in the parameters body image, side effects of treatment and cognitive functioning. There was no impairment in further HRQoL parameters in patients with tandem-stem cell transplantation in comparison to the whole sample. After start of the therapy there was an increasing global health status and a decreasing pain level in patients with first-line, in contrast of both in patients with a treatment of a recurrent disease. In case of treatment as part of clinical trials, most aspects of HRQoL were indicated better, too. HRQoL scales were especially influenced by gender, age, Eastern Cooperative Oncology Group (ECOG) performance status and bone symptoms with better assessment of men, younger patients, lower ECOG index and less bone symptoms. Conclusion: Anxiety and depression, male gender, older age, higher ECOG status and bone symptoms can be early indicators for a reduced HRQoL of patients undergoing a therapy for MM. Especially patients with a higher-treatment-line need psycho-oncological support during chemotherapy. Additionally, because of the better HRQoL in most parameters, a treatment as part of clinical trials should be contemplated. However, due to inclusion criteria for clinical trials, it might be difficult to compare them with patients treated within standard therapy concepts.

In dieser Arbeit wurden die Daten von 90 konsekutiven Patienten mit Multiplem Myelom, welche im Zeitraum vom 11.04.2005 bis zum 08.11.2010 mit einer Hochdosischemotherapie und autologer Stammzelltransplantation in den Kliniken Essen Süd behandelt wurden, retrospektiv untersucht und statistisch ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass ein gutes Ansprechen nach den Induktionstherapien mit einem guten Ansprechen sechzig Tage nach der Transplantation korreliert. Einen Zusammenhang zwischen dem initialen Ausmaß der Endorganschäden und dem Verlauf oder dem Ansprechen der Hochdosischemotherapie mit autologer Stammzelltransplantation konnte nicht gefunden werden. Das kalendarische Alter spielt im Gegensatz zum Allgemeinzustand und den Vorerkrankungen bei der Einschätzung der zu erwartenden Toxizität eine untergeordnete Rolle. Die beiden Hauptfaktoren, die den Verlauf einer Hochdosischemotherapie mit anschließender peripherer Stammzelltransplantation beeinflussten, waren die Dauer der G-CSF Therapie und die Anzahl der übertragenen Stammzellen. Während die unterschiedlich lange G-CSF Gabe (ab Tag „+3“ vs. Tag „+7“) nur zu einer schnelleren Regeneration der Leukozyten führt und keinen relevanten Effekt auf die untersuchten klinischen Parameter Fieber, Dauer der intravenösen Antibiotikatage, Ausmaß der Mukositis und die Aufenthaltsdauer der Patienten hatte, führte die Steigerung der Anzahl der übertragenen Stammzellen zu einer signifikant schnelleren Regeneration von Thrombozyten und Leukozyten, einem Rückgang der Transfusionshäufigkeit an Erythrozyten und einem geringeren Verbrauch an intravenösen Antibiotika. Zusammenfassend ist die G-CSF Gabe ab Tag „+7“ nach Hochdosistherapie ausreichend, eine längere Gabe erbringt keinen relevanten klinischen Vorteil. Zudem sollte auf eine ausreichende Menge an übertragenen Stammzellen geachtet werden. Zur Beurteilung der zu erwartenden Toxizität ist die Anwendung des HCT-CI-Score einfach und praktikabel. / In this study the data of 90 consecutive patients with multiple myeloma were analyzed retrospectively. There is a correlation between a good response after the induction therapy and sixty days after high-dose chemotherapy with autologous stem cell transplantation. There is no correlation between organ damages (CRAB) and the progression or the response of the high-dose chemotherapy with autologous stem cell transplantation. The chronological age is not as important as the general condition and medical history of the patient to expect the toxicity of the high-dose chemotherapy. The two main factors that influenced the process of high dose chemotherapy followed by peripheral stem cell transplantation were the duration of G-CSF therapy and the number of transplanted stem cells. The different duration of G-CSF leads only to a faster recovery of leukocytes with no relevant effect on the investigated clinical parameters temperature, duration of intravenous antibiotic days and the extent of mucositis. The increase of transplanted stem cells results in a significant faster recovery of platelets and leukocytes, a decrease in frequency of transfusion of red blood cells and a reduced use of intravenous antibiotics. In summary, the G-CSF administration from the 7th day after transplantation is sufficient for high-dose therapy, a longer administration provides no relevant clinical advantage. One should take care for having got sufficient quantity of transplanted stem cells.

Der Tumornekrosefaktor (TNF) entfaltet seine vielfältigen biologischen Aktivitäten durch die Stimulation der beiden TNF-Rezeptoren TNFR1 und TNFR2. Die TNFR1-vermittelte Signaltransduktion ist in vielen Details gut verstanden, wohingegen die TNFR2-vermittelte Signaltransduktion bis heute kaum untersucht ist. Mit Hilfe einer in unserer Gruppe entwickelten hochaktiven TNFR2-spezifischen TNF-Variante sowie einer bereits länger bekannten TNFR1-spezifischen TNF-Variante wurde in dieser Arbeit die TNF-Signaltransduktion insbesondere im Mutiplen Myelom untersucht. Mit Hilfe der beiden TNF-Varianten konnte gezeigt werden, dass die alleinige Stimulation des TNFR2 die Aktivierung des alternativen NFkappaB-Signalweges vermittelt, wohingegen TNFR1 nicht dazu in der Lage ist. So zeigte sich im Einklang mit der inhibitorischen Funktion des Adapterproteins TRAF2 in der Signaltransduktion des alternativen NFkappaB-Signalweges, dass die TNFR2-Stimulation in einer TRAF2-Depletion resultiert. Dies führt weiterhin zur Akkumulation von NIK und der Prozessierung von p100 zu seiner aktiven Form p52, den klassischen biochemisch nachweisbaren Ereignissen der Aktivierung des alternativen NFkappaB-Signalweges. Aufgrund der Rolle des NFkappaB-Systems im Multiplen Myelom (MM) und der stimulierenden Wirkung des TNFR1 und TNFR2 auf das NFkappaB-System wurde die Expression und Funktion dieser beiden Rezeptoren auf Myelomzelllinien untersucht. Insbesondere wurde analysiert, welchen Effekt eine spezifische Stimulation der beiden TNF-Rezeptoren auf die apoptotische Sensitivität von Myelomzellen hat. Mit einer Ausnahme wiesen alle untersuchten Myelomzelllinien eine eindeutige TNFR2-Oberflächenexpression auf, die TNFR1-Expression hingegen war heterogen. Die TNFR1-Stimulation in den TNFR1-positiven Zelllinien zeigte keinen wesentlichen Einfluss auf die Zellviabilität. Allerdings resultierte eine Vorstimulation mit TNF in einer gesteigerten Sensitivität für den CD95L-induzierten Zelltod, schützte aber gleichzeitig vor der TRAIL-vermittelten Induktion der Apoptose. Der gegenläufige Effekt der TNF-Vorstimulation auf den CD95L- und TRAIL-induzierten Zelltod konnte auf die Hochregulation der CD95-Oberflächenexpression und der gesteigerten Expression des antiapoptotischen cFLIPLong-Proteins zurückgeführt werden. Beide Effekte basieren auf der TNF-induzierten Aktivierung des klassischen NFkappaB-Signalweges. Im CD95L-induzierten Zelltod überkompensierte die Induktion der CD95-Expression offensichtlich die Hochregulation von cFLIPLong und resultierte in gesteigertem Zelltod. Der TRAIL-induzierte Zelltod hingegen wurde durch die TNF-Vorstimulation abgeschwächt, da hier lediglich die durch den klassischen NFkappaB-Signalweg vermittelte gesteigerte Expression des antiapoptotischen cFLIPLong eine Rolle spielte. Desweiteren zeigten die Analysen in dieser Arbeit, dass die TNFR2-Stimulation zu einer Depletion von TRAF2 und z. B. in JJN3-Zellen zu einer Sensitivierung für den TNFR1-induzierten Zelltod führte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten in der Summe somit, dass das TNF-TNFR-Signaling durch verschiedene Mechanismen Einfluss auf den Ausgang der extrinsischen Apoptoseinduktion hat, und dass der Effekt von TNF auf das Überleben von MM-Zellen kontextabhängig ist. / TNF mediates its biological functions by stimulation of the two TNF receptors TNFR1 and TNFR2. TNFR1-mediated signaling has already been studied in detail, whereas TNFR2-mediated signal transduction is poorly understood. In this work a newly developed TNFR2-specific variant and an established TNFR1-specific variant was used to study TNF signaling especially in myeloma cells. With the help of these TNF-variants it is shown here that TNFR2, but not TNFR1, induces activation of the alternative NFkappaB-pathway. Thus in consent with the inhibitory function of TRAF2 in alternative NFkappaB signal transduction, stimulation of TNFR2 resulted in depletion of TRAF2, accumulation of NIK and p100 processing to p52, the biochemical hallmarks of this pathway. Due to the relevance of the NFkappaB-system for multiple myeloma (MM) and the NFkappaB stimulatory activities of TNFR1 and TNFR2, the expression of these two receptors and their effect on apoptotic sensitivity was analyzed in myeloma cell lines. A huge majority of myeloma cell lines express TNFR2 whereas TNFR1 expression is rather restricted. Stimulation of TNFR1 in the TNFR1-positive subset of MM cell lines showed nearly no impact on cellular viability. However, TNF stimulation enhanced CD95L-induced cell death and in parallel reduced the TRAIL-mediated induction of apoptosis. This opposed regulation of TRAIL- and CD95L-induced cell death by TNF based on upregulation of the death receptor CD95 via the classical NFkappaB-pathway and by upregulation of the antiapoptotic protein cFLIPLong via the same pathway. The induction of CD95 expression appeared to overcompensate the upregulation of cFLIPLong and consequently TNF-induced NFkappaB activation resulted, in context of CD95 signaling, in apoptosis enhancement. TRAIL-mediated cell death induction, however, was reduced after TNF prestimulation, due to the fact that here only upregulation of cFLIPLong was relevant. Furthermore the experiments in this study showed that TNFR2-mediated depletion of TRAF2 resulted in a sensitization for TNFR1-induced cell death, for example in JJN3-cells. Taken together, this study revealed that the TNF-TNFR system influenced the outcome of activation of the extrinsic apoptotic pathway in myeloma cells by various mechanisms and the effect of TNF on MM cell survival is thus context dependent.

Das Multiple Myelom ist eine Neoplasie die (fast) ausschließlich im Knochenmark lokalisiert ist. Verschiedene lösliche Faktoren und Zellinteraktionen sind für das Wachstum der Myelomzellen notwendig. Gute Untersuchungen zum Support der Myelomzellen gibt es für die Knochenmarkstromazellen. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass auch Osteoklasten zum Zellwachstum der Myelomzellen beitragen. Es gibt Hinweise darauf dass dies z.T. durch Zell-zell-Interaktionen vermittelt wird. In der Analyse der Signalwege (MAPK-ERK-, STAT-3-, NF-Kappa-B- und AKT-Signalweg)zeigt sich ein unterschiedliches Aktivierungsmuster bei Support durch Osteoklasten oder Knochenmarkstromazellen. Weitere Signalwege sind wahrscheinlich an der Unterstützung des Wachstums der Myelomzellen beteiligt. Diese bedürfen einer weiteren Analyse. / The Multiple Myeloma is a neoplasia located in the bone marrow. Various soluble factors and cell-cell-Interactions contribute to multiple myeloma cell growth. There are good investigations for the support through bone marrow stroma cells. In this thesis is shown, that osteoclast contribute to the Myeloma cell growth as well. There are good suspicions that this is partly mediated through cell-cell-interactions. In the analysis of the signaling cascades (MAPK-ERK, STAT-3, NF-kappa-B and AKT)revealed a different activation pattern for support through osteoclasts or bone marrow stroma cells. Further signalling cascades might be involved in the support of Myeloma cell growth. Ongoing analysis on this subject is required.

Optical in vivo imaging methods have advanced the fields of stem cell transplantation, graft-versus–host disease and graft-versus-tumor responses. Two well known optical methods, based on the transmission of light through the test animal are bioluminescence imaging (BLI) and fluorescence imaging (FLI). Both methods allow whole body in vivo imaging of the same animal over an extended time span where the cell distribution and proliferation can be visualized. BLI has the advantages of producing almost no unspecific background signals and no necessity for external excitation light. Hence, BLI is a highly sensitive and reliable detection method. Yet, the BLI reporter luciferase is not applicable with common microscopy techniques, therefore abolishing this method for cellular resolution imaging. FLI in turn, presents the appealing possibility to use one fluorescent reporter for whole body imaging as well as cellular resolution applying microscopy techniques. The absorption of light occurs mainly due to melanin and hemoglobin in wavelengths up to 650 nm. Therefore, the wavelength range beyond 650 nm may allow sensitive optical imaging even in deep tissues. For this reason, significant efforts are undertaken to isolate or develop genetically enhanced fluorescent proteins (FP) in this spectral range. “Katushka” also called FP635 has an emission close to this favorable spectrum and is reported as one of the brightest far-red FPs. Our experiments also clearly showed the superiority of BLI for whole body imaging over FLI. Based on these results we applied the superior BLI technique for the establishment of a pre-clinical multiple myeloma (MM) mouse model. MM is a B-cell disease, where malignant plasma cells clonally expand in the bone marrow (BM) of older people, causing significant morbidity and mortality. Chromosomal abnormalities, considered a hallmark of MM, are present in nearly all patients and may accumulate or change during disease progression. The diagnosis of MM is based on clinical symptoms, including the CRAB criteria: increased serum calcium levels, renal insufficiency, anemia, and bone lesions (osteolytic lesions or osteoporosis with compression fractures). Other clinical symptoms include hyperviscosity, amyloidosis, and recurrent bacterial infections. Additionally, patients commonly exhibit more than 30% clonal BM plasma cells and the presence of monoclonal protein is detected in serum and/or urine. With current standard therapies, MM remains incurable and patients diagnosed with MM between 2001 and 2007 had a 5-year relative survival rate of only 41%. Therefore, the development of new drugs or immune cell-based therapies is desirable and necessary. To this end we developed the MOPC-315 cell line based syngeneic MM mouse model. MOPC-315 cells were labeled with luciferase for in vivo detection by BLI. We validated the non-invasively obtained BLI data with histopathology, measurement of idiotype IgA serum levels and flow cytometry. All methods affirmed the reliability of the in vivo BLI data for this model. We found that this orthotopic MM model reflects several key features of the human disease. MOPC-315 cells homed efficiently to the BM compartment including subsequent proliferation. Additionally, cells disseminated to distant skeletal parts, leading to the typical multifocal MM growth. Osteolytic lesions and bone remodeling was also detected. We found evidence that the cell line had retained plasticity seen by dynamic receptor expression regulation in different compartments such as the BM and the spleen. / Optische in vivo bildgebende Verfahren haben die Felder der Stammzelltransplantation, Graft-versus-Host Krankheit und Graft-versus-Tumor Reaktion vorangebracht. Zwei gut bekannte optische Methoden, die auf der transmission von Licht durch das Versuchtier basieren, sind die Biolumineszenz Bildgebung (BLI) und die Fluoreszenz Bildgebung (FLI). Beide Methoden erlauben die in vivo Ganzkörperbildgebung desselben Tieres über lange Zeit wärenddessen die Zellverteilung und Proliferation sichtbar gemacht werden kann. Vorteil der BLI ist, dass beinahe keine unspezifischen Hintergrundsignale erzeugt werden und keine Notwendigkeit für Anregungslicht besteht. Daher ist BLI eine hochsensitive und verlässliche Detektionsmethode. Jedoch erlaubt der BLI Reporter, die Luziferase, keine Anwendung mit gängigen Mikroskopieanwendungen und verhindert daher, dass diese Methode für die Bildgebung auf zellulärer Ebene genutzt werden kann. FLI wiederum bietet die attraktive Möglichkeit einen fluoreszenten Reporter sowohl für die Bildgebung des gesamten Körpers, als auch auf zellulärer Ebene durch die Anwendung von Mikroskopietechniken zu nutzen. Derzeit bestehen noch größere Einschränkungen bei der Arbeit mit fluoreszent markierten Zellen innerhalb eines Tieres. Die allgemeine Autofluoreszenz des umliegenden Gewebes führt zu hohen Hintergrundsignalen. Zusätzlich werden sowohl das Anregungslicht als auch die emittierte Fluoreszenz durch das umliegende Gewebe abgeschwächt. Die Absorption des Lichtes geschieht hauptsächlich durch Melanin und Hämoglobin in Wellenlängen bis zu 650 nm. Daher könnte der Wellenlängenbereich über 650 nm sensitive optische Bildgebung auch in tief liegendem Gewebe ermöglichen. Aus diesem Grund werden erhebliche Anstrenungen unternommen um Fluoreszenzproteine (FP) in diesem spektralen Bereich zu isolieren oder genetisch verbesserte zu entwickeln. „Katushka“ auch FP635 genannt hat eine Emission, die nahe an diesem günstigen Spektrum liegt und wurde als eines der hellsten dunkelroten FPs beschrieben. Wir untersuchten FP635 für die Anwendung als sensitiver Einzelreporter für die Detektion immunologischer Prozesse von der Ganzkörper- bis zur Einzelzellbildgebung. Unsere Experimente zeigten auch deutlich die Überlegenheit der BLI über die FLI für die Ganzkörperbildgebung. Basierend auf diesen Ergebnissen setzten wir die überlegene BLI für die Etablierung eines präklinischen Mausmodells des Multiplen Myeloms (MM) ein. MM ist eine B-Zell Erkrankung wobei maligne Plasmazellen klonal im Knochenmark (BM) älterer Menschen expandieren und erhebliche Morbidität und Sterblichkeit verursacht. Chromosomale Abnormitäten gelten als Kennzeichen des MM, sind bei beinahe allen Patienten vorhanden und können sich während des Krankheitsverlaufes anhäufen oder verändern. Die Diagnose des MM basiert auf klinischen Syptomen inklusive der folgenden Kriterien: erhöhte Serum Kalzium Konzentration, Niereninsuffizienz, Anämie und Knochenläsionen (osteolytische Läsionen oder Osteoporose mit Kompressionsfrakturen). Weitere klinische Symptome beinhalten Hyperviskosität, Amyloidose und wiederkehrende bakterielle Infektionen. Zusätzlich zeigen Patienten verbreitet mehr als 30% klonale BM Plasmazellen und monoklonales Protein ist in Serum und/oder Urin detektierbar. Mit derzeitigen Standardtherapien bleibt MM unheilbar und Patienten, die zwischen 2001 und 2007 mit MM diagnostiziert wurden hatten eine relative 5-jahres Überlebensrate von nur 41%. Daher ist die Entwicklung neuer Medikamente und immunzellbasierten Therapien wünschenswert und notwendig. Zu diesem Zweck entwickelten wir das auf der Zelllinie MOPC-315 basierende syngene MM Mausmodell. Die MOPC-315 Zellen wurden für die in vivo Detektion mittels BLI mit Luziferase markiert. Wir validierten die nichtinvasiv gewonnenen BLI Daten mit Histopathologie, der Messung des idiotypen IgA Spiegels im Serum und Durchflusszytometrie. Alle Methoden bekräftigten die Zuverlässigkeit in vivo BLI Daten für dieses Modell. Wir stellten fest, dass dieses orthotope MM Modell einige Hauptmerkmale der menschlichen Erkrankung widerspiegelt. Die MOPC-315 Zellen wanderten effizient in das BM Kompartiment inklusive darauffolgender Proliferation. Ausserdem, streuten die Zellen in entfernte Teile des Skeletts aus was zum typischen multifokalen MM Wachstum führte. Wir stellten auch osteolytische Läsionen und Knochenumbau fest. Wir fanden Hinweise darauf, dass sich die Zelllinie Plastizität bewahrte was durch die dynamische Regulation der Rezeptorexpression in verschiedenen Kompartimenten, wie dem BM und der Milz, sichtbar wurde.