Interaktion zwischen mesenchymalen Zellen und AML-Blasten : die Rolle des Transkriptionsfaktors Gfi1
Die akute myeloische Leukämie (AML) ist eine maligne Erkrankung des hämatopoetischen Systems, die auch aufgrund einer hohen Rezidivrate weiterhin eine schlechte Prognose hat
Die Interaktion mit der mesenchymalen Nische im Knochenmark schützt leukämische Stammzellen vor Chemotherapie. Der Transkriptionsfaktor Growth factor independence 1 (GFI1) ist nicht nur für die Hämatopoese und bei bestimmten Formen der AML relevant, sondern hat auch einen Einfluss auf die Osteogenese in mesenchymalen Stamm- und Progenitorzellen (MSPC).
Daher lag es nahe, nach der Expression und Funktion von Gfi1 in der mesenchymalen Nische bei AML zu schauen.
Wir konnten in primären humanen AML-assoziierten MSPC eine Überexpression von GFI1 nachweisen. Außerdem schmälert das Ausschalten (KO, knockout) von Gfi1 in murinen MSPC deren wachstumsfördernden Effekt auf eine murine AML-Zelllinie. In weiteren Analysen betrachteten wir verschiedene Mechanismen der Interaktion zwischen murinen AML-Blasten und Gfi1-KO oder Gfi1-wiltyp (wt) MSPC.
Gfi1-defiziente murine MSPC wiesen eine geringere mitochondriale respiratorische Reservekapazität auf als wt MSPC, diese blieb aber in Kokultur mit AML-Blasten konstant, wohingegen die Reservekapazität bei wt MSPC unter Kokulturbedingungen mit gesunden Knochenmarkzellen oder AML-Blasten abnahm.
Im γH2AX-assay wiesen murine Gfi1-KO MSPC insgesamt weniger Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Schäden als wt MSCP auf, gleichzeitig aber eine verlangsamte DNA-Reparatur. Die Kokultur mit AML-Zellen hatte keine negative Auswirkung auf die DNA-Reparatur der Gfi1-KO MSPC, bei wt MSPC hingegen war die DNA-Reparatur nach Kontakt zu AML beeinträchtigt.
Bezüglich der osteogenen Differenzierung konnten wir eine größere Population osteoblastischer Zellen sowie eine erhöhte kortikalen Dicke in Gfi1-KO Mäusen nachweisen. Dies war gut vereinbar mit der vorbeschriebenen inhibierenden Wirkung von Gfi1 auf die osteogene Proteinexpression. Dass zugleich die Porosität im kortikalen Knochen von Gfi1-KO Mäusen gegenüber dem wt deutlich erhöht war, ließ sich durch einen insgesamt verstärkten Knochenstoffwechsel in Gfi1-KO Mäusen erklären. Sowohl die Knochenbildungsrate als auch die Osteoklastenzahl und deren Aktivität waren in Mäusen mit einem Gfi1-KO gegenüber dem wt erhöht. Dies war bei Vorliegen einer AML besonders ausgeprägt.
Ein weiterer Effekt des Ausschaltens von Gfi1-KO im Mausmodell war eine geringere Hepatosplenomegalie in leukämischen Gfi1-KO Mäusen gegenüber wt Mäusen mit AML, wenngleich unsere Versuchsreihe keinen Überlebensvorteil durch den Gfi1-KO ergab.
Zusammenfassend konnten wir eine Relevanz von Gfi1 für den supportiven Effekt der leukämischen Nische auf die AML nachgewiesen. Ein besseres Mausmodell, beispielsweise mit einem selektiven KO von Gfi1 in Osteoprogenitoren, wäre notwendig, um zu verstehen, ob die Expression von Gfi1 in MSPC eine prognostische Relevanz hat.
Acute myeloid leukemia (AML) is a malignant disease of hematopoietic cells with a poor prognosis, especially because of a high relapse rate.
Interaction with the mesenchymal bone marrow microenvironment protects leukemic cells, even the relapse causing residual leukemic stem cells, from chemotherapy.
The transcription factor growth factor independence 1 (GFI1) is not only relevant in haematopoiesis and for subgoups of AML, it also plays a role in osteogenesis in mesenchymal stem and progenitor cells (MSPC).
We could show an overexpression of GFI1 in MSPC isolated from AML-patients bone marrow samples. In addition, knockout (KO) of Gfi1 in murine MSPC diminishes their capacity of growth-induction in a murine AML cell line. In further experiments, different mechanisms of the interaction between AML blasts and Gfi1-KO or Gfi1-wt MSPC were examined.
Gfi1-KO MSPC had a lower mitochondrial respiratory reserve capacity compared to wt MSPC, which however remained constant after coculture with AML blasts. In contrast respiratory reserve capacity of wt MSPC was impaired after coculture.
A γH2AX assay showed less desoxyribonucleic acid (DNA)-damage but slower DNA-damage repair in Gfi1-KO MSPC than wt MSPC. Contact to AML blasts impaired DNA-repair in wt MSPC, but not in Gfi1-KO MSPC.
Regarding osteogenesis we found a larger population of osteoblastic cells and a thicker cortical bone in Gfi1-KO mice. This was in line with former findings of Gfi1 inhibiting expression of osteogenesis proteins. Here osteometabolism was enhanced in Gfi1-KO mice in general, demonstrated by not only a higher bone formation rate, but also an increased number an activity of osteoclasts, explaining the finding of a high porosity in cortical bones of Gfi1-KO mice. The effect was even stronger in presence of AML.
Another effect of Gfi1-KO in our murine model of AML was less hepatosplenomegaly, although no difference in survival was seen between Gfi1-KO and wt mice with AML.
In summary we could proof the relevance of Gfi1 for the AML-supporting effect of the leukemic niche. A murine model with a selective KO of Gfi1 in osteoprogenitors could lead to a better understanding of a prognostic role of Gfi1-expression in MSPC