Telomeres and telomerase- their significance as prognostic tumor marker and their potential for pharmacological interventions

Im Gegensatz zu den meisten somatischen Zellen sind Tumorzellen durch Expression und Aktivität des Enzyms Telomerase charakterisiert. Somit scheint dieses Enzym, das zur Stabilisierung der Telomere beiträgt, als klinisch-diagnostischer Tumormarker prädestiniert. Darüber hinaus wurde für verschiedene Tumorentitäten ein Zusammenhang zwischen Enzymaktivität und klinischer Prognose gezeigt. Unklar ist bislang, inwiefern Telomerase, Telomere und die katalytische Untereinheit der Telomerase (hTERT) als diagnostische bzw. prognostische Marker bei kindlichen Weichteilsarkomen (WTS) und akuter lymphoblastischer Leukämie der T-Zell-Linie (T-ALL) im Kindesalter geeignet sind. Aufgrund dessen wurden im ersten Teil der Arbeit Telomeraseaktivität, Telomerlänge und hTERT-Expression anhand von WTS-Zelllinien und Blasten von T-ALL-Patienten analysiert. Weder bei den WTS noch bei den leukämischen Zellen bestand ein Zusammenhang zwischen Telomerlänge bzw. hTERT-Expression und klinischer Prognose bzw. klinischem Verlauf. Während bei der T-ALL keine Assoziation zwischen Enzymaktivität und dem Verlauf der Erkrankung bestand, zeigte sich bei den WTS ein Zusammenhang zwischen klinischer Prognose und Telomeraseaktivität. Die Gruppe der prognostisch günstigen WTS-Subtypen wies statistisch signifikant geringere Telomeraseaktivitäten auf als die Gruppe der klinisch ungünstigen WTS. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass Telomeraseaktivität bei WTS als diagnostischer bzw. prognostischer Marker geeignet ist. Weiterhin wurde bisher nicht eindeutig geklärt, ob Telomerase als prädiktiver Marker für eine Progression zum Kolonkarzinom bei Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) fungieren kann. Um diese Frage zu klären, wurden Biopsieproben von Patienten mit Colitis ulcerosa und Morbus Crohn auf Telomeraseaktivität analysiert. Dabei zeigten sich keine Unterschiede in den Enzymaktivitäten zwischen normaler Kolonmukosa und entzündeten Kolonabschnitten von Patienten mit CED. Telomeraseaktivität kommt damit nicht als Marker bei Patienten mit CED in Frage und kann nicht zur Identifizierung von Patienten, die ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung eines Kolonkarzinoms haben, eingesetzt werden. Die Hemmung der Telomerase stellt einen neuen hoffnungsvollen Ansatz für die Tumortherapie dar. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Untersuchungen mit neuartigen Telomeraseinhibitoren durchgeführt, um das therapeutische Potential von Telomerase und Telomeren abzuklären. Während die Effektivität dieser Substanzen in Zelllysaten mittels TRAP-Assay nachgewiesen wurde, konnte eine deutliche Inhibition der Telomerase in Zellkulturversuchen jedoch nicht beobachtet werden. Des Weiteren wurden Modellsysteme etabliert und charakterisiert, die für die Austestung von Telomeraseinhibitoren zukünftig genutzt werden können. Zum einen wurde ein Cisplatin resistentes Zellsystem entwickelt, zum anderen wurden telomerasepositive Zellsysteme mit unterschiedlichem p53-Status identifiziert. In dieser Arbeit wurde systematisch der klinische Stellenwert von Telomerase, Telomeren und hTERT-Expression als diagnostische und prognostische Marker bei WTS und T-ALL im Kindesalter abgeklärt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die Anwendung von Telomerase als prädiktiver Marker bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen nicht in Frage kommt. Die gewonnenen Erkenntnisse zur möglichen pharmakologischen Beeinflussung von Telomerase und Telomeren sowie die Etablierung und Charakterisierung von Zellmodellen können einen Beitrag zur Optimierung einer neuartigen Tumortherapie leisten.In contrast to normal somatic cells almost all malignant tumors express telomerase. Therefore, assessment of this enzyme which maintains telomere length might be used as a diagnostic tool. Furthermore, correlations between enzyme activity and clinical outcome have been described for different tumor types. There are no detailed data about the diagnostic and prognostic value of telomerase activity, telomere length and the catalytic subunit of telomerase (hTERT) in pediatric soft tissue sarcomas (STS) and in acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) in childhood. Consequently, in the first part of this work telomerase activity, telomere length and hTERT expression were analyzed in cell lines derived from pediatric STS and in leukemic cells obtained from children with T-ALL. No significant associations between telomere length or hTERT expression with clinical outcome or clinical prognosis could be observed in both malagnancies. Whereas no correlation could be shown between telomerase activity and clinical outcome in leukemic cells, absence of telomerase activity in cell lines of STS was significantly associated with a prognostic favorable subtype. Thus, telomerase activity might be proposed as a diagnostic and prognostic marker for pediatric STS. Based on present literature data it remains unclear whether telomerase activity might serve as a predictive marker for progressing to colon cancer in patients with chronic inflammatory bowel disease (IBD). Therefore, telomerase activity was analyzed in biopsies from patients with ulcerative colitis and Crohn´s disease. In patients with IBD a very low telomerase activity was present in colonic mucosa which did not differ from those in normal healthy mucosa. Apparently, telomerase activity is not a suitable marker for identification of patients with IBD, who have an increased risk to develop colorectal cancer. Telomerase seems to be a new promising target for tumor therapy. In the second part of this work investigations were carried out with new telomerase inhibitors in order to clarify the therapeutic potential of telomeres and telomerase. Inhibition of telomerase could be initiated in cell free TRAP-Assays whereas no significant inhibition was observed in cell culture experiments. Furthermore, cell models could be established and characterized which are useful for identifying the therapeutic potential of telomerase inhibitors. In addition to telomerase positive cell systems which differ in their p53-status a cisplatin resistant cell system could be established. In summary, the detailed data about telomerase activity, telomeres and hTERT expression in pediatric STS and T-ALL provided novel information on the clinical value of these parameters. Furthermore, it could be shown that telomerase is dismissing its prognostic value as an early tumor marker in IBD. The findings of telomerase and telomeres as new drug targets as well as the establishment and characterization of cell models might contribute to an optimization of tumor therapy