Loss of heterozygosity (LOH) is detectable in many forms of cancer including leukaemia. It contributes to tumorigenesis through the loss of one of the two alleles of one tumor suppressor gene at a given locus, caused by deletion or uniparental disomy (UPD). UPD can only be the result of homologous recombination. Little is known about the mechanisms of UPD and what connection this aberration has with the outcome of this disease. In this study, 146 patients with primary AML were analysed using a novel technique based on single nucleotide polymorphisms (SNPs). Leukaemic cells and healthy T-cells from each patient were obtained using FACS-Vantage cell sorting. In cases with very few sorted cells whole genome preamplification was done. Genome-wide SNP analysis was carried out according to the standard GeneChip Mapping Assay protocol (Affymetrix, USA) using the Human Mapping 10K Arrays. Moreover, the impact of the FLT3-ITD mutation on the homologous recombination using pmHPRT-DRGFP /pCbASce vectors system and yHA2x assay was investigated. Of 146 patients with normal karyotype LOH was found in 30 cases. The potential LOH regions, were confirmed by microsatellite analysis of short tandem repeat (STR) markers. In 21 of these cases STR-analysis of T-cells, representing the corresponding tumor-free material, confirmed the regions of partial UPD. This aberration affected different chromosomes, but most commonly chr. 2, 6, 11, 21, 13, and 7, and covered between 11.5 and 88 Mb. Interestingly, in 6 LOH cases, long stretches of homozygosity present at the same positions as in the healthy cells and in the blasts were found. The impact of this phenomenon is unknown. Additionally, chromosome losses were detected in 3 patients classified with normal karyotype according to current methods. These 9 cases were not included in the UPD positive group. No differences were observed regarding any clinical factors including age, WBC-counts and sex. The FAB M1 subtype was observed in 47.6% of the UPD positive patients, compared to only 19.2% of the UPD negative patients (P=0.04, n=146). In addition, no correlation between FLT3-ITD, MLL-PTD and NPM1 mutations in the UPD patients was found, but the data indicate that patients with UPD have a higher rate of treatment failure. Moreover, in this study the relationship between UPD and gene aberrations was able to be confirmed. In some cases, UPD found on chromosomes 21, 19 and 11 was correlated with mutations in the RUNX1, CEBPA and WT genes, respectively. Furthermore, AML cases with and without UPD showed different but specific gene expression profiles, revealing different expression levels for genes involved in double strand break repairs. Furthermore, it was found that different mutations could be responsible for the increase in efficiency of HR, such as FLT3-ITD or BCR-ABL. Moreover, cells with a FLT3-ITD mutation (without wt expression) rapidly increased the HR efficiency compared with heterozygous (FLT3-ITD/wt) cells. Preliminary results showed that the high repair efficiency was mainly dependent on the translocation of RAD51. In conclusion, SNP array technology allow the identification and mapping of LOH in AML patients with normal karyotype. The obtained data also point out the necessity of analysing tumour-free material to confirm the somatic origin of the alteration. Furthermore, the available results indicate that compared to patients without UPD, patients with UPD have a higher relapse rate, which might be used as a prognostic marker in the future. Also, it could be hypothesized that downregulation of RAD51 (for example by FLT3 inhibition) might be beneficial DNA damage occurs through the genotoxic agent by reducing the relapse risk of AML.

Die Erforschung von Mechanismen der malignen Transformation ermöglicht das Verständnis von zahlreichen Signalwegen in der Zelle. In dieser Arbeit wurden Mechanismen untersucht, in die die Proliferation und das Homing leukämischer Progenitorzellen involviert sind. Diese Ergebnisse wurden im Anschluss mit gesunden Kontrollen korreliert. Die Migration von Stammzellen ist ein wichtiger zellulärer Mechanismus in der hämatopoetischen Stammzell-Biologie und in der Leukämie-Forschung. CXCR4 und sein Ligand SDF-1 sind wichtige Regulatoren der Stammzell-Migration und des Homings. Sie beeinflussen physiologische, pathologische und zelluläre Migrationsprozesse, die unter anderem für die Vaskularisierung (Nagasawa, 2001), aber auch für die Metastasierung von Tumorzellen (Helbig et al., 2003) von zentraler Bedeutung sind. FLT3 mutierte AML-Zellen zeigen erhöhte CXCR4-Level und ein verbessertes Anwachsen den Zellen im Knochenmark nach Transplantation in NOD/SCID-Mäuse. Tierexperimentelle Daten deuten darauf hin, dass ein verstärktes Homing von leukämischen Zellen mit einer erhöhten Resistenz gegenüber Chemotherapie assoziiert ist. Möglicherweise ist dies eine der Hauptursachen für das Therapieversagen bei diesen Patienten. Das Ziel des Projektes, dem diese Arbeit zugrunde liegt, war es, Interaktionen zwischen FLT3-ITD und CXCR4 zu untersuchen und mögliche Auswirkungen dieser Interaktionen für Migration und Homing von Stammzellen zu ermitteln. Letztlich können diese Erkenntnisse sowohl zur Verbesserung der klinischen Stammzell-Transplantationen und zur Definition neuer Strategien zur Behandlung von Patienten mit akuter myeloischer Leukämie beitragen. Untersuchungsgegenstände dieser Arbeit waren zum einen die Gewinnung von Erkenntnissen über die Wirkung einer FLT3-ITD-Überexpression auf die Expression verschiedener Signalmoleküle und ihr möglicher Einfluss auf CXCR4/SDF-1 vermittelte Signalwege. Des Weiteren die Rolle der CXCR4/SDF-1-Achse und der Einfluss einer Mikroumgebung auf AML-Zellen. Zum anderen die Wirkung des CXCR4 Inhibitiors AMD3100 auf AML-Blasten sowie die Blockierung der CXCR4/SDF-1-Achse als mögliche Therapie gegen AML. Interne Tandemduplikation (ITD)-Mutationen des FLT3-Rezeptors sind mit einer hohen Inzidenz von Rückfällen bei akuter myeloischer Leukämie (AML) verbunden. Die Expression des CXCR4-Rezeptors in FLT3-ITD-positiven AML-Blasten ist mit schlechten Prognosen für die Patienten verbunden. Die Blockierung von CXCR4 führt zu einer Sensibilisierung von AML-Blasten gegenüber einer Chemotherapie. Im Rahmen dieser Arbeit wurden primäre Blasten von Patienten mit FLT3-ITD oder FLT3-wt-AML verwendet. Darüber hinaus wurden humane CD34+ hämatopoetische Vorläuferzellen (HSCs) bis zu 80% mit retroviralen Vektoren transduziert, die ein humanes FLT3-ITD-Transgen beinhalteten. Im Gegensatz zu früheren Daten von murinen Zellen wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass eine Überexpression des FLT3-ITD-Transgens in humanen HSCs eine signifikant reduzierte Migration zu SDF-1-in vitro aufweist. Dies spiegelte sich außerdem in einem reduzierten Knochenmark-Homing in NOD/SCID-Mäusen wider. Ko-Kultivierungsexperimente von sowohl FLT3-ITD-positiven AML-Blasten als auch von FLT3-ITD-positiven HSCs auf Stromazellen des Knochenmarks führten zu einem signifikanten Proliferationsvorteil und zu erhöhten zeitigen CAFCs im Vergleich zu FLT3-wt-AML-Blasten bzw. zu kontrolltransduzierten HSCs. Die Zugabe des CXCR4-Inhibitors AMD3100 zeigte während der Ko-Kultur eine deutliche Reduktion der Proliferation und von CAFCs bei FLT3-ITD-positiven Zellen, aber nicht bei FLT3-wt-Blasten. Zusammenfassend liefert diese Studie den Beweis für eine Stroma-vermittelte Resistenz von FLT3-ITD-positiven HSCs und Blasten. Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren, dass die Hemmung von CXCR4 die zellulären Wechselwirkungen von Stromazellen und leukämischen Zellen behindert. Somit bestätigt sich eine funktionelle Bedeutung der CXCR4/SDF-1-Achse bei AML. Um die Kontrolle über leukämische Zellen und ihre Proliferation zu bekommen, könnte die Hemmung von CXCR4 eine neue therapeutische Strategie bei Patienten mit fortgeschrittener FLT3-ITD-positiver AML sein.