Novel markers of leukemic stem cells (LSC) in chronic myeloid leukemia (CML)

Die chronisch myeloische Leukämie (CML) ist eine Stammzellerkrankung, die durch die Expression des Philadelphia Chromosoms (Ph) und dem entsprechenden Onkoprotein, BCR-ABL1 gekennzeichnet ist. Die Ph+ CML ist durch eine Akkumulation von unreifen und reifen myeloischen Zellen im peripheren Blut (PB) und Knochenmark (KM) charakterisiert. Reifere myeloische Zellen im CML Klon haben nur eine limitierte Teilungsfähigkeit und sind, ähnlich wie normale myeloische Zellen, dazu programmiert in den gerichteten Zelltod (Apoptose) überzugehen. Eine kleine Fraktion der CML Zellen, die sogenannten CML Stammzellen, besitzt jedoch die Eigenschaft zur Selbsterneuerung (self-renewal) und propagiert somit die unlimitierte Expansion der Erkrankung. Bis heute ist wenig über den Phänotyp, die Funktion und das Target-Expressionsmuster von leukämischen Stammzellen (LSZ) in der CML bekannt. Während meiner Doktorarbeit habe ich den Phänotyp und die funktionellen Eigenschaften von CML LSZ untersucht und mich dabei speziell auf neue diagnostische Marker und potentielle Targets konzentriert. In diesen Studien konnte ich zeigen, dass CML LSZ die Interleukin-2 Rezeptor Alpha Kette und das Zytokin-degradierende Zelloberflächen-Enzym Dipeptidylpeptidase IV (DPPIV=CD26) aberrant exprimieren. In fast allen Patienten mit CML, die im Zuge dieser Arbeit getestet wurden, konnte die Expression beider Marker bestätigt werden. CD25 konnte auch auf LSZ in Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML) detektiert werden, während CD26 als spezifischer Marker der CML LSZ fungiert, was unserer Meinung nach von diagnostischer Signifikanz ist. Funktionell wurde CD25 als ein negativer Wachstumsregulator auf CML LSZ identifiziert, während CD26 den CXCR4-Liganden Stromal Cell-Derived Factor-1 (SDF-1) enzymatisch degradiert und somit die Interaktion zwischen LZS und der Stammzell-Nische im Knochenmark unterbricht, was die hochregulierte extramedulläre Expansion der Stamm- und Progenitorzellen in der CML erklären könnte. Im Zuge meiner Arbeit haben wir noch mehrere andere Marker und Targets, wie zum Beispiel CD44 und CD52 auf den CML LSZ identifiziert. Die phänotypische Charakterisierung der CML LSZ sollte dazu beitragen, diese Zellen besser quantifizieren und besser anreichern zu können, was sowohl in der Praxis als auch in der Forschung nützlich sein könnte. Außerdem sollten meine Analysen dazu beitragen, eine diagnostische Phänotypisierung der CML LSZ zu etablieren und neue LSZ-eradizierende Behandlungsstrategien in der CML zu entwickeln.Chronic myeloid leukemia (CML) is a stem cell-derived leukemia in which neoplastic cells exhibit the Philadelphia (Ph) chromosome and the related oncoprotein, BCR-ABL1. Ph+ CML is characterized by an accumulation of immature and mature myeloid progenitor cells in the peripheral blood (PB) and bone marrow (BM). Whereas the more mature myeloid cells in the CML clone have only a limited capacity to divide and are programmed to undergo apoptosis in a similar way compared to normal myeloid cells, a small fraction of neoplastic cells in the CML clone are considered to have self-renewal and thus long-term disease-propagating ability. However, so far, little is known about the phenotype, function, and target expression-profiles of these leukemic stem cells (LSC) in patients with CML. During my doctoral thesis, I have examined phenotypic and functional properties of CML LSC, with special focus on new diagnostic markers and potential targets of therapy. In these studies, I found that CML LSC aberrantly display the interleukin-2 receptor alpha chain CD25 and the cytokine-targeting cell surface enzyme dipeptidylpeptidase IV (DPPIV=CD26). Both markers were found to be expressed on LSC in almost all CML patients tested. However, whereas CD25 was also detectable in LSC in patients with acute myeloid leukemia (AML), CD26 was identified as a specific marker of CML LSC, which may be of diagnostic significance. Functionally, CD25 was identified as a negative growth regulator of CML (stem) cells, whereas CD26 was identified as a cytokine-targeting LSC antigen that disrupts LSC-niche interactions by degrading the CXCR4 ligand stromal cell derived factor-1 (SDF-1), which may explain the massive extramedullary spread of myeloid stem- and progenitor cells in CML. During my thesis, we also identified a number of additional markers and targets on CML LSC, such as CD44 and CD52. The characterization of CML LSC should assist in their identification and enumeration in daily practice and in CML research, and should contribute to the development of diagnostic LSC phenotyping and of new LSC-eradicating treatment strategies in CML.submitted by Mag. rer. Irina SadovnikZusammenfassung in deutscher SpracheMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016OeB