Measurable residual disease (MRD) detected by multiparametric flow cytometry (MFC) is associated with unfavorable outcome in patients with AML. A simple, broadly applicable eight-color panel was implemented and analyzed utilizing a hierarchical gating strategy with fixed gates to develop a clear-cut LAIP-based DfN approach. In total, 32 subpopulations with aberrant phenotypes with/without expression of markers of immaturity were monitored in 246 AML patients after completion of induction chemotherapy. Reference values were established utilizing 90 leukemia-free controls. Overall, 73% of patients achieved a response by cytomorphology. In responders, the overall survival was shorter for MRDpos patients (HR 3.8, p = 0.006). Overall survival of MRDneg non-responders was comparable to MRDneg responders. The inter-rater-reliability for MRD detection was high with a Krippendorffs α of 0.860. The mean time requirement for MRD analyses at follow-up was very short with 04:31 minutes. The proposed one-tube MFC approach for detection of MRD allows a high level of standardization leading to a promising inter-observer-reliability with a fast turnover. MRD defined by this strategy provides relevant prognostic information and establishes aberrancies outside of cell populations with markers of immaturity as an independent risk feature. Our results imply that this strategy may provide the base for multicentric immunophenotypic MRD assessment.

Die jüngsten Fortschritte in der Behandlung haben das Gesamtüberleben von Kindern mit akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL) verbessert. Dennoch erleiden 20 % der Kinder mit ALL Rückfälle, was die Notwendigkeit neuer zielgerichteter Behandlungsstrategien erhöht. Ein Empfindlichkeitsprofil wurde in ALL-Zelllinien (n=18) und patientenabgeleiteten Zellen (n=14) mit heterogenem genetischem Hintergrund unter Verwendung einer Wirkstoffbibliothek (n=46 Verbindungen) erstellt. Dies identifizierte neuartige Arzneimittelempfindlichkeitsmuster, wie z.B. für den H3K27me3-Demethylase-Inhibitor GSKJ4, dessen Empfindlichkeit mit der CREBBP-Expression im Kontext der Dexamethason-Resistenz korrelierte. In einem Screening von Wirkstoffkombinationen (n=12 Wirkstoffe) wurde Venetoclax als vielversprechendster Kombinationspartner identifiziert. Die höchsten synergistischen Effekte wurden bei der Kombination von Venetoclax mit dem CK2-Inhibitor Silmitasertib, dem PARP-Inhibitor Olaparib und dem MEK-Inhibitor Selumetinib beobachtet. Die Induktion von Apoptose und ein synergistischer Effekt wurden in zahlreichen BCP-ALL-Zelllinien, PDX und Primärproben validiert, wobei diese Kombination besonders wirksam in den venetoclax-resistentesten Proben war. Silmitasertib sensibilisierte die Zellen für Venetoclax durch die Induktion des MCL1-Proteasom-Abbaus über die Herabregulierung der AKT-Signalübertragung und die Hochregulierung der GSK3B-Aktivität. Ein neuartiges In-vivo-Zebrafisch-Embryomodell validierte die Wirksamkeit von Venetoclax und Silmitasertib sowie die Herabregulierung von MCL1. Insgesamt wurde eine Plattform für das Screening von Einzelwirkstoffen und Wirkstoffkombinationen vorgestellt, die neuartige Arzneimittelempfindlichkeitsmuster sowie vielversprechende synergistische Wirkstoffpartner identifizierte, die im Fall von Silmitasertib und Venetoclax funktionell charakterisiert und deren Wirkung in klinisch nahen Proben sowie in einem In-vivo-Zebrafischmodell validiert wurden. / Recent advances in treatment have improved overall survival for children with acute lymphoblastic leukemia (ALL). However, 20% of children with ALL still relapse, raising the need for the implementation of novel targeted treatment strategies. Drug sensitivity profiling was performed in ALL cell lines (n=18) and patient derived cells (n= 14) with heterogeneous genetic backgrounds using a candidate drug library (n=46 compounds). This identified novel drug sensitivity patterns such as for the H3K27me3 demethylase inhibitor GSKJ4, which sensitivity correlated to CREBBP expression in the context of dexamethasone resistance. In a drug combination screening (n=12 drugs), venetoclax was identified as the most promising combination partner. Highest synergistic effects where seen when combining venetoclax with CK2 inhibitor silmitasertib, PARP inhibitor Olaparib and MEK inhibitor selumetinib. Induction of apoptosis and a synergistic effect was validated across numerous BCP-ALL cell lines, patient derived xenografts (PDX) and primary samples, being particularly effective in the most venetoclax resistant samples. Silmitasertib sensitized cells to venetoclax by the induction of MCL1 proteasome degradation via downregulating AKT signaling and thus upregulating GSK3B activity. A novel in vivo zebrafish embryo model validated the effectivity of venetoclax and silmitasertib and MCL1 downregulation. Overall, a single drug and drug combination screening platform is presented, which identified novel drug sensitivity patterns as well as promising synergistic drug partners that, in the case of silmitasertib and venetoclax, were functionally characterized and its effect validated in clinically near samples as well as in an in vivo zebrafish model.

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We performed a retrospective study in 185 patients with myelogenous leukemias who had received hematopoietic cells from unrelated donors. The aim of this study was to answer the question wether the benefit of KIR ligand incompatibility seen in haploidentical tranplantations can also be seen using unrelated donors. We could not detect a significant difference in survival between patients with a KIR ligand incompatibility and those with either fully matched or partially mismatched unrelated donors in this patient cohort. / In der Therapie von Leukämien ist die Knochenmark- bzw. Stammzelltransplantation eine tragende Säule. Für den Transplantationserfolg ist eine Übereinstimmung der Haupthistokompatibilitätsantige (HLA-Antigene der Klassen I und II) zwischen Spender und Empfänger von zentraler Bedeutung. Diese Notwendigkeit ergibt sich aus der sogenannten MHC-Restriktion in der T-Zellrezeptorerkennung. Ob auch NK-Zellrezeptoren und deren Liganden in der Spenderauswahl berücksichtigt werden sollten, ist bisher unzureichend untersucht. Insbesondere trifft das für die KIR-Rezeptoren zu, die wie die T-Zellrezeptoren ebenfalls HLA-Antigene als Liganden besitzen. Velardi et al. haben 2002 erstmalig gezeigt, daß in der Therapie myeloischer Leukämien die Transplantation von Blutstammzellen verwandter Spender mit KIR-Liganden-Inkompatibilität von klinischem Vorteil ist. Ob KIR-Liganden-Inkompatibilität auch bei Knochenmark-/ Stammzelltransplantationen Unverwandter Bedeutung erlangen könnte, war zu Studienbeginn offen und blieb auch infolge diskrepanter Untersuchungsergebnisse von verschiedenen Arbeitsgruppen im Verlauf der Studie widersprüchlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diese Fragestellung, die auch Teil einer internationalen Studie war, an 185 Spender-Empfänger-Paaren retrospektiv untersucht. Dabei wurde bei den Paaren einerseits die KIR-Liganden-Kompatibilität auf der Grundlage der HLA-C-Supertypen erschlossen (nach Velardi et al.). Andererseits konnte sie im internationalen Studienprogramm direkt aus dem KIR-Genotyp des Spenders und dem HLA-C-Supertyp des Empfängers ermittelt werden. Die Untersuchungen ergaben folgende Resultate: bei Vorliegen von KIR-Liganden-Inkompatibilität hat die Verwendung von ATG als Bestandteil der GvHD-Prophylaxe keinen Einfluß auf das klinische Ergebnis. Die Vermutungen von Giebel et al. wurden damit nicht gestützt. Die Bestimmung des KIR-Liganden-Status mit Hilfe der Rückschlußmethode allein aus dem HLA-Typ ist unzuverlässig. Für eine exakte Differenzierung ist die gleichzeitige KIR-Genotypisierung erforderlich. KIR-Liganden-Inkompatibilität ist bei unverwandten Knochenmark-/ Stammzelltransplantationen nicht von klinischem Vorteil. Auch ein gezieltes Aussuchen HLA-C-inkompatibler Spender auf der Grundlage einer KIR-Genotypisierung stellt derzeit keine therapeutische Option dar.

Der Transkriptionsfaktor CCAAT/enhancer-binding Protein β (C/EBPβ) reguliert die Expression zahlreicher Gene, welche die Proliferation, Differenzierung und Seneszenz in hämatopoietischen Zellen, Adipozyten und Leukämiezellen kontrollieren. Um diese mannigfaltigen Aufgaben zu erfüllen interagiert C/EBPβ mit zahlreichen Kofaktoren und Proteinen der Transkriptionsregulations-Maschinerie. Da das funktionale Netzwerk von C/EBPβ und seinen zahlreichen Kooperationspartnern bis heute nicht vollständig entziffert ist, ist es das Ziel dieser Arbeit das Netzwerk aus Interaktionspartnern und C/EBPβ regulierten Proteinen in Leukämiezelllinien und darüber hinaus zu erforschen und aufzudecken. Das Interaktom von C/EBPβ wurde mittels einer Kombination aus einem membranbasierten Peptid-Interaktions Testverfahrens (APS) und endogener Immunprezipitationen mit gekoppelter MS-Analyse untersucht. Außerdem wurde die Proteinmenge von C/EBPβ und von potentiell von C/EBPβ regulierten Proteinen mittels proteomischer MS-Analyse in C/EBPβ Knock-out- und Leukämiezelllinien untersucht. Die Protein-Interaktionsversuche ergaben epigenetische und allgemeine transkriptionsregulierende Proteine, sowie Chromatinstruktur modellierende Faktoren, die mit C/EBPβ interagieren. Zusätzlich konnten neue Interaktionen von C/EBPβ mit Kondensin- und Kinetochorproteinen beobachtet werden. Die Versuchsergebnisse eröffnen überdies neue Interaktionen von C/EBPβ mit DNA Reparatur und Apoptose assoziierten Proteinen. Interessanterweise konnten auch Komponenten des Spliceosomes und RNA-prozessierende Proteine als Interaktoren von C/EBPβ identifiziert werden. Zusammenfassend ermöglicht diese Studie nicht nur die Verifikation von bereits bekannten Proteininteraktionen von C/EBPβ, sondern eröffnet zahlreiche weitere zukünftige Forschungsfelder bezüglich des Interaktionsnetzwerkes von C/EBPβ in Leukämien, sowie anderen Zellarten und Geweben. / The basic leucine zipper transcription factor CCAAT/enhancer-binding protein β (C/EBPβ) regulates the expression of various genes that control the proliferation, differentiation and senescence of haematopoietic cells, adipocytes and leukemia cells. To facilitate its multifaceted functions C/EBPβ interacts with a collection of cofactors and proteins of the transcription regulation machinery. As the functional network of C/EBPβ and its numerous cooperation partners is still incomplete this study attempted to analyze interaction partners and downstream proteins of C/EBPβ in leukemia cells and beyond. A combinatory approach of an array based peptide-interaction screening (APS) and endogenous shotgun IP-MS from leukemia cell lines was applied to elucidate the interactome of C/EBPβ. Moreover, C/EBPβ abundance and potential C/EBPβ regulated proteins were determined by MS proteomics in C/EBPβ knockout and leukemia cell lines. The interaction screenings revealed proteins associated with the general and epigenetic regulation of transcription, with chromatin remodeling and mitotic chromatin organization as well as cell cycle regulation. Additionally, new interactions of C/EBPβ with condensin and kinetochore proteins could be elucidated. The data reports of novel C/EBPβ interactors involved in DNA repair and apoptosis. In addition, components of the spliceosome and RNA-processing were detected. Altogether this study verifies known and reveals various novel interactions of the transcription factor C/EBPβ and augments the network of previous reported interactions and potential cooperation partners. The here collected data discloses new subjects for further research concerning the interaction network of C/EBPβ during cell differentiation and in leukemia.

Das Gen H-rev107 wurde mit einer subtraktiven cDNS-Bibliothek zwischen H-ras-transformierten und H-ras-resistenten Fibroblasten isoliert. Es wurde als ein Klasse II Tumorsuppressorgen bezeichnet, dessen Expression die H-ras-induzierte maligne Transformation unterdrückt. Weitere Untersuchungen zeigten die Existenz einer Genfamilie mit dem Gen H-rev107-1 auf Chromosom 11q11-12 und H-rev107-2/TIG3/RARRES3 auf 11q23. Die Induzierbarkeit in epithelialen Zellen durch Interferon-gamma (H-rev107-1) und Retinoide (H-rev107-2) legten eine Beteiligung der Expression beider Gene bei der Regulation der Hämatopoese nahe. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels RT-PCR in 8/15 Patientenproben (10 AML, 5 ALL) eine Expression von H-rev107-2 gefunden. H-rev107-2 wurde durch IFN-gamma in 14/14 Proben und durch all-trans Retinsäure (ATRA) in 5/15 Proben induziert. In Zelllinien maligner hämatopoetischer Erkrankungen konnte mit RT-PCR und Northern-Blot-Analysen bei CEM eine deutliche, bei Raji und HL-60 eine schwache Expression und bei NB-4, U937, K562 und Jurkat keine Expression von H-rev107-2 nachgewiesen werden. In allen 7 Zelllinien konnte H-rev107-2 durch IFN-gamma induziert werden. Die Induzierbarkeit durch ATRA und IFN-alpha war Zelllinien abhängig. Die stärkste Induktion durch ATRA erfolgte bei der akuten Promyelozytenleukämie-Zelllinie NB-4. Eine Induktionskinetik erbrachte eine H-rev107-2-Expression frühestens nach 4 h Inkubation mit IFN-gamma oder ATRA. Die Inhibition des MAPK-Signalwegs durch den MEK-Inhibitor PD098059 und des Signaltransduktors JAK2 durch AG490 hatte bei den myeloischen Zelllinien weder Einfluss auf die H-rev107-2-Expression noch auf die H-rev107-2-Induktion durch IFN-gamma oder ATRA. Die Expression von H-rev107-1 konnte bei U937, CEM und K562 gezeigt werden, wogegen die RT-PCR-Analysen bei NB-4, HL-60, Raji und Jurkat sowie bei 8 Patientenproben (6 AML, 2 ALL) keine H-rev107-2-Transkripte nachwiesen. Eine schwache Induktion von H-rev107-1 konnte nur bei den Zelllinien NB-4 durch ATRA und IFN-gamma und bei K562 durch IFN-gamma und IFN-alpha erzielt werden. Zusammenfassend legen die Ergebnisse dieser Arbeit eine Beteiligung von H-rev107-2/TIG3/RARRES3 bei der Regulation der Hämatopoese als ein mögliches Interferon- und ATRA-Target nahe. / The H-rev107 gene has been isolated by cDNA subtraction from a cell culture model of H-ras transformed fibroblasts. It was characterized as a class II tumor suppressor gene confering resistance to H-ras induced transformation. Further investigation has demonstrated the presence of a human gene family with H-rev107-1 localized on chromosome 11q11-12 and H-rev107-2/TIG3/RARRES3 on 11q23. Inducibility of the genes in epithelial cells by interferon-gamma (H-rev107-1) and retinoids (H-rev107-2) has suggested that expression of the H-rev107 genes might be relevant in hematopoesis. In the present study RT-PCR analysis revealed an expression of H-rev107-2 in 8/15 samples of leukaemic blasts derived from patients suffering from acute leukaemias (10 AML, 5 ALL). H-rev107-2 was induced upon incubation with IFN-gamma ?in 14/14 samples and with ATRA in 5/15 samples. In cell lines derived from myeloid and lymphoid tumors an expression of H-rev107-2 was found in CEM (strong), Raji and HL-60 (both weak), whereas in NB-4, U937, K562 and Jurkat no H-rev107-2 transcripts were detected by RT-PCR and Northern Blot analysis. In all cell lines H-rev107-2 could be strongly induced by IFN-gamma. Inducibility of H-rev107-2 upon treatment with IFN-alpha or ATRA was dependent on the type of cell line. In contrast to the weak effect seen in the myeloblastic cell line HL-60 a strong induction of H-rev107-2 by ATRA occurred in the acute promyelocytic leukaemia cell line NB-4. Transcripts of H-rev107-2 in NB-4 were detected at the earliest after 4 h incubation with ATRA or IFN-gamma. Inhibition of the MAPK-pathway by the MEK-inhibitor PD089059 or the signal transducer JAK2 by AG490 had neither influence on the H-rev107-2 expression nor on the IFN-gamma- and ATRA-dependent H-rev107-2 induction. H-rev107-1 expression was detectable in U937, CEM and K562, whereas RT-PCR analysis of the other cell lines and of 8 samples of primary leukaemic blasts (6 AML, 2 ALL) revealed no H-rev107-1 expression. An induction of H-rev107-1 occurred exclusively in NB-4 by ATRA and IFN-gamma and in K562 by IFN-gamma and IFN-alpha? to a weak extend. In conclusion, this work revealed a likely involvement of the class II tumor suppressor gene H-rev107-2/TIG3/RARRES3 in the regulation of hematopoesis being a potential IFN and ATRA target.

T-cell receptor (TCR) polyclonal mature T cells are surprisingly resistant to oncogenic transformation after retroviral insertion of T-cell oncogenes. In a mouse model, it has been shown that mature T-cell lymphoma/leukemia (MTCLL) is not induced upon transplantation of mature, TCR polyclonal wild-type (WT) T cells, transduced with gammaretroviral vectors encoding potent T-cell oncogenes, into RAG1-deficient recipients. However, further studies demonstrated that quasi-monoclonal T cells treated with the same protocol readily induced MTCLL in the recipient mice. It has been hypothesized that in the TCR polyclonal situation, outgrowth of preleukemic cells and subsequent conversion to overt malignancy is suppressed through regulation of clonal abundances on a per-clone basis due to interactions between TCRs and self-peptide-MHC-complexes (spMHCs), while these mechanisms fail in the quasi-monoclonal situation. To quantitatively study this hypothesis, we applied a mathematical modeling approach. In particular, we developed a novel ordinary differential equation model of T-cell homeostasis, in which T-cell fate depends on spMHC-TCR-interaction-triggered stimulatory signals from antigen-presenting cells (APCs). Based on our mathematical modeling approach, we identified parameter configurations of our model, which consistently explain the observed phenomena. Our results suggest that the preleukemic cells are less competent than healthy competitor cells in acquiring survival stimuli from APCs, but that proliferation of these preleukemic cells is less dependent on survival stimuli from APCs. These predictions now call for experimental validation.

Background: Clonal competition in cancer describes the process in which the progeny of a cell clone supersedes or succumbs to other competing clones due to differences in their functional characteristics, mostly based on subsequently acquired mutations. Even though the patterns of those mutations are well explored in many tumors, the dynamical process of clonal selection is underexposed. Methods: We studied the dynamics of clonal competition in a BcrAbl-induced leukemia using a γ-retroviral vector library encoding the oncogene in conjunction with genetic barcodes. To this end, we studied the growth dynamics of transduced cells on the clonal level both in vitro and in vivo in transplanted mice. Results: While we detected moderate changes in clonal abundancies in vitro, we observed monoclonal leukemias in 6/30 mice after transplantation, which intriguingly were caused by only two different BcrAbl clones. To analyze the success of these clones, we applied a mathematical model of hematopoietic tissue maintenance, which indicated that a differential engraftment capacity of these two dominant clones provides a possible explanation of our observations. These findings were further supported by additional transplantation experiments and increased BcrAbl transcript levels in both clones. Conclusion: Our findings show that clonal competition is not an absolute process based on mutations, but highly dependent on selection mechanisms in a given environmental context.

Background: Clonal competition in cancer describes the process in which the progeny of a cell clone supersedes or succumbs to other competing clones due to differences in their functional characteristics, mostly based on subsequently acquired mutations. Even though the patterns of those mutations are well explored in many tumors, the dynamical process of clonal selection is underexposed. Methods: We studied the dynamics of clonal competition in a BcrAbl-induced leukemia using a γ-retroviral vector library encoding the oncogene in conjunction with genetic barcodes. To this end, we studied the growth dynamics of transduced cells on the clonal level both in vitro and in vivo in transplanted mice. Results: While we detected moderate changes in clonal abundancies in vitro, we observed monoclonal leukemias in 6/30 mice after transplantation, which intriguingly were caused by only two different BcrAbl clones. To analyze the success of these clones, we applied a mathematical model of hematopoietic tissue maintenance, which indicated that a differential engraftment capacity of these two dominant clones provides a possible explanation of our observations. These findings were further supported by additional transplantation experiments and increased BcrAbl transcript levels in both clones. Conclusion: Our findings show that clonal competition is not an absolute process based on mutations, but highly dependent on selection mechanisms in a given environmental context.

Analysis of donor chimerism has become a routine method for the documentation of engraftment after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (HSCT). In recent years several groups have also focused on the application of this technique for the detection of relapsing disease after allogeneic HSCT. This review addresses technical issues (sensitivity, specificity) and discusses the advantages and limitations of methods currently used for chimerism analysis and their usefulness for the detection of MRD. In addition, the potential impact of novel procedures, e.g. subset chimerism or real-time PCR-based procedures, is discussed. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.