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Cell rep:Seleneinnahme kann akuter myeloischer Leukämie wirksam vorbeugen

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Cell rep:Seleneinnahme kann akuter myeloischer Leukämie wirksam vorbeugen

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Hintergrund

Die akute myeloische Leukämie (AML) ist ein bösartiger Tumor, der durch eine abnorme Vermehrung von hämatopoetischen Vorläuferzellen und Stammzellen gekennzeichnet ist, die das Knochenmark, das Blut und andere Gewebe infiltrieren. Die zytogenetische und molekulare Heterogenität trägt zur Refraktärität und zum Rückfall der AML bei. Ein Haupthindernis bei der Behandlung ist die minimale Resterkrankung (MRD), die durch das Vorhandensein von leukämischen Initiationszellen (LICs) gekennzeichnet ist, die in gewissem Maße für einen Krankheitsrückfall entscheidend sind. Diese Zellen weisen in Bezug auf Selbsterneuerung, Proliferation und Differenzierung Ähnlichkeiten mit normalen hämatopoetischen Stammzellen auf. Da die Bestandteile von Krebsstammzellen besser definiert sind, eröffnen alternative Therapien, die auf LICs abzielen, neue Möglichkeiten zur Behandlung von AML und anderen bösartigen Erkrankungen.

GPR44 wird in verschiedenen Zelltypen exprimiert, findet sich aber vorwiegend in Th2-Effektorzellen. Die vorhandene Literatur über GPR44 konzentriert sich in erster Linie auf seine Rolle bei Autoimmunkrankheiten und Typ-2-Immunität, während seine Rolle bei hämatologischen Malignomen kaum erforscht ist.

In dieser Studie entdeckten die Autoren, dass die Aktivierung von GPR44 endogene anti-leukämische Effekte vermitteln könnte. Insbesondere führte die Zugabe von Selen zu LICs aus einem AML-Mausmodell und aus AML-Patientenzellen zur Produktion von Cyclopentenon-Prostaglandinen (CyPGs). CyPGs hemmen bei GPR44-Aktivierung die KRAS-vermittelten MAPK- und PI3K/AKT/mTOR-Signalwege und fördern die Apoptose in AML-Zellen. Diese Ergebnisse unterstreichen die bedeutende therapeutische Rolle von GPR44 bei Leukämie und liefern eine mechanistische Grundlage für die chemopräventiven Eigenschaften von Selen und CyPGs bei AML.

Forschungsergebnis

1.Die Zufuhr von Selen kann die Prognose der akuten myeloischen Leukämie (AML) verbessern.

Der Autor transplantierte zunächst CD45.1 WT-AML-Zellen in CD45.2-Empfängermäuse, die 4 Wochen lang entweder mit Se-A oder Se-S gefüttert worden waren, wodurch sekundäre AML-Mäuse entstanden. Nach 3 Wochen wurden die Mäuse getötet, und es wurden Blut-, Knochenmark- und Milzproben entnommen. Es wurde festgestellt, dass Se-S die Belastung durch leukämieauslösende Zellen (LIC) im Knochenmark und in der Milz deutlich reduzierte und das Überleben der AML-Mäuse verlängerte. Anschließend wurden die Auswirkungen verschiedener Formen von diätetischem Selen (einschließlich Na2SeO3 und SeMet) auf AML-Mäuse verglichen, wobei sich herausstellte, dass diätetisches Selen die Anzahl der weißen Blutkörperchen verringern konnte. Auch die Vergrößerung von Milz und Leber wurde dadurch verringert. Die Forschungsergebnisse des Autors bestätigen, dass eine Nahrungsergänzung mit Selen die AML wirksam hemmen kann, und Na2SeO3 hat einen präventiven Vorteil gegenüber SeMet bei AML.

Abbildung 1. Se-Supplementierung verbessert das Ergebnis von AML

2.Eine Selen-Supplementierung induziert die Produktion von endogenen CyPGs bei AML.

Anschließend maßen die Autoren den Gehalt an 15d-PGJ2 (Prostaglandin J2) im Serum von AML-Mäusen und beurteilten die Expression von Cyclooxygenase-1 (COX-1) und hämatopoetischer PGD-Synthase (H-PGDS). Die Ergebnisse zeigten, dass eine mit Selen angereicherte Diät die Expression der relevanten Proteine COX-1 und H-PGDS signifikant steigerte und einen Anstieg der PGJ2-Spiegel förderte.

Um die mögliche Rolle von H-PGDS weiter zu untersuchen, behandelten die Autoren Se-S AML-Mäuse mit dem H-PGDS-Inhibitor HQL79, um die Produktion von endogenen CyPGs zu blockieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Behandlung mit HQL79 die Tumorlast erhöhte und den Gehalt an LICs im Knochenmark und in der Milz von Se-S-Mäusen vergrößerte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Selensupplementierung die AML abschwächt, indem sie die körpereigenen CyPGs durch eine erhöhte H-PGDS-Expression verstärkt.

Abbildung 2. Se-Supplementierung induziert die körpereigene Produktion von CyPGs bei AML

3.Die Aktivierung von GPR44 kann den Schweregrad der Leukämie verringern

Anschließend testeten die Autoren, ob verschiedene Formen von exogenen CyPGs AML in Se-A-Mäusen behandeln können. Die Ergebnisse zeigten, dass die Behandlung mit CyPGs (DK-PGD2, 15d-PGJ2, Δ12-PGJ2 und D12-PGJ3) den CBC-Wert bei Mäusen verringerte und die Splenomegalie verlangsamte. Mit Ausnahme von DK-PGD2 induzierten alle anderen Verbindungen den Tod menschlicher akuter myeloischer Leukämiezellen (MOLM13) in einer dosis- und zeitabhängigen Weise. Darüber hinaus wurde in MOLM13-Zellen die Expression von GPR44 sowohl auf Transkript- als auch auf Proteinebene nachgewiesen, wobei die intrazelluläre Form signifikant anstieg. Dies unterstreicht die Bedeutung der CyPGs für die Zellmembranlokalisierung von GPR44 bei AML.

Die Autoren bestätigten die klinische Relevanz, indem sie von Patienten stammende AML-Zellen mit DK-PGD2 oder 15d-PGJ2 behandelten. Von 12 AML-Patientenproben sprachen 9 auf DK-PGD2 an und zeigten eine erhöhte Zellapoptose. Die Untersuchung ergab, dass Patienten, die empfindlich auf die DK-PGD2-Behandlung reagierten, eine höhere Expression von GPR44 aufwiesen, die mehr als viermal so hoch war wie bei refraktären Proben, was die entscheidende Rolle von GPR44 bei AML weiter unterstreicht. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Erhöhung der endogenen CyPGs oder die Verwendung pharmakologischer Dosen von exogenen CyPGs eine wirksame Behandlung der myeloischen Leukämie ermöglicht.

Abbildung 3. Die Aktivierung von GPR44 verringert den Schweregrad der Leukämie

4.Das Fehlen von GPR44 in AML-Zellen führt zu aggressiven Erkrankungen. Frühere Studien haben gezeigt, dass GPR44 eine entscheidende Rolle bei der CyPG-induzierten Apoptose von AML-Zellen spielt. Daher überprüften die Autoren die Auswirkungen eines GPR44-Mangels auf AML-Zellen. Im Vergleich zur Kontrolle führte die Transplantation von GPR44 - / - AML-Zellen mit Se-S-Diät zu einem Anstieg der weißen Blutkörperchen mit WT-Rezeptor und einer vergrößerten Milz. Bei Mäusen, die mit GPR44 - / - AML-Zellen transplantiert wurden, stieg die Gesamtzahl der Lin - AML-Zellen und LICs im Knochenmark und in der Milz im Vergleich zu Mäusen, die mit WT AML transplantiert wurden, um mehr als das Doppelte an. Der Verlust von GPR44 führte zu einer zehnfachen Steigerung der Koloniebildungsfähigkeit von AML-Zellen, was darauf hindeutet, dass eine hohe Expression von GPR44 eher ein Ziel für die CyPG-Therapie als ein prognostischer Faktor sein könnte.

Abbildung 4. Das Fehlen von GPR44 in AML-Zellen führt zu einer aggressiven Erkrankung

5. PPARγ-Aktivität beeinflusst das Fortschreiten von Gpr44-/- AML

Da PPARγ und GPR44 die gleichen Liganden haben, untersuchten die Autoren den möglichen Crosstalk zwischen PPARγ und GPR44. Se-S-Mäuse mit Gpr44-/- AML-Zellen wurden mit dem selektiven PPARγ-Antagonisten GW9662 behandelt, was zu einem signifikant höheren CBC im Vergleich zu Mäusen führte, die mit dem Kontrollmittel behandelt wurden, begleitet von Splenomegalie. Im Gegensatz dazu zeigten Se-S-Mäuse mit Gpr44 - / - AML, die mit Rosiglitazon (einem PPARγ-Agonisten) behandelt wurden, einen Rückgang der weißen Blutkörperchen und Splenomegalie. Insgesamt deuten diese Daten darauf hin, dass AML-Zellen, denen die GPR44-Expression fehlt, dennoch teilweise durch Se oder gezielte CyPGs über PPARγ-Signale beeinflusst werden können, was möglicherweise durch P53-Aktivierung zum Zelltod führt. Die Expression von aktiviertem GPR44 führt jedoch zu einer stärkeren Reaktion auf freie AML-LICs.

6.Fehlende GPR44-Aktivierung beeinträchtigt die KRAS-MAPK-Signalisierung in AML-Zellen

Anschließend führten die Autoren eine RNA-Sequenzierungsanalyse an WT- und GPR44 - / - AML-LICs durch und fanden signifikante Veränderungen im Transkriptionsprogramm aufgrund des GPR44-Mangels. Außerdem waren sowohl die mRNA- als auch die Proteinexpression von KRAS in GPR44 - / - AML-Zellen signifikant erhöht. Eine verstärkte Phosphorylierung von MAPK-Komponenten (RAF, MEK und ERK) wurde in GPR44 - / - AML-Zellen beobachtet, begleitet von einer erhöhten Expression von RAF-1. Der nachgeschaltete Effekt der MAPK-Signalisierung, die erhöhte Phosphorylierung von C-JUN, bestätigte die Aktivierung der MAPK-Signalisierung in GPR44 - / - AML-Zellen, was mit der Rolle der KRAS-MAPK-Signalisierung bei der Leukämieentwicklung übereinstimmt. Dies liefert eine weitere Erklärung für die erhöhte Invasivität von GPR44 - / - AML-Zellen.

Abbildung 5. Das Fehlen von GPR44 aktiviert die KRAS-MAPK-Signalübertragung in AML-Zellen

7.Die Hemmung der KRAS/MAPK-Signalübertragung kehrt die Auswirkungen des GPR44-Knockouts auf AML um.

Der Autor verwendete Methoden wie den KRAS-Inhibitor BAY293, Lentiviren, die dCas9KRAB33 exprimieren, und spezifische gRNA, die auf den KRAS-Promotor der Maus abzielt, zur Validierung. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Abnahme der Lebensfähigkeit von GPR44 - / - AML-Zellen sowie eine deutliche Verringerung der Expression von anti-apoptotischen Genen und zellzyklusbezogenen Genen. Die Überlebensrate der Empfängermäuse stieg ebenfalls deutlich an.

Anschließend behandelte der Autor GPR44 - / - AML-Zellen mit dem MEK-selektiven Inhibitor PD98059 in vitro, was zu einer erhöhten Überlebensrate in transplantierten Mäusen führte. Mit PD98059 behandelte GPR44 - / - AML-Zellen zeigten eine verringerte Expression von P-ERK, eine erhöhte Expression von P53 und eine geschwächte Expression von anti-apoptotischen Genen, zellzyklusbezogenen Genen und Stammzellruhegenen. Die Hemmung von KRAS oder MEK beeinträchtigte die Koloniebildungsfähigkeit von GPR44 - / - AML-Zellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Daten einen gewissen Zusammenhang zwischen GPR44 und der Regulierung der KRAS/MAPK-Signalübertragung belegen. Dies könnte als alternatives Ziel für die Umkehrung der AML-Verschlechterung in Abwesenheit von GPR44 dienen."

Abbildung 6. Die Hemmung der KRAS/MAPK-Signalübertragung kehrt den GPR44 KO-assoziierten Effekt bei AML um

8.Der Verlust von GPR44 verschlimmert die AML durch Aktivierung des PI3K/AKT/mTOR-Signalwegs.

KRAS ist in den PI3K/AKT/mTOR-Signalweg involviert. Daher führten die Autoren eine Bewertung in WT- (Wildtyp) und GPR44 - / - (GPR44-Knockout) AML-Zellen durch. In GPR44 - / - AML-Zellen waren die Expressions- und Phosphorylierungsniveaus von PI3K und AKT signifikant hochreguliert. Außerdem nahm die Expression von PKA und PKC zu. Der starke Rückgang von PTEN und P-PTEN deutet darauf hin, dass sich der Verlust von GPR44 negativ auf die tumorsuppressive Rolle von PTEN bei AML auswirken könnte. Die Verwendung von PI3K-Inhibitoren (LY294002 und Wortmannin) führte zu einer Abnahme der Lebensfähigkeit und hemmte die Fähigkeit zur Koloniebildung in GPR44 - / - AML-Zellen, was darauf hindeutet, dass PI3K in diesen Zellen stark exprimiert und aktiviert ist.

Zusammenfassung des Artikels

In dieser Studie führte die Supplementierung von diätetischem Selen mit GPR44 in einem menschlichen Leukämie-Mausmodell, menschlichen AML-Zelllinien und Patientenproben zur Apoptose von AML-LICs (Leukämie-initiierenden Zellen), ausgelöst durch endogene CyPGs, die über den COX-H-PGDS-Weg produziert werden, oder durch exogene CyPGs-Aktivierung. Bei AML-Mäusen verschlimmerte das Fehlen von GPR44 die Krankheit durch die Hochregulierung von RTK-verwandten, KRAS-vermittelten MAPK- und PI3K/AKT/mTOR-Signalwegen. CyPGs beeinträchtigten die normalen hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark von AML- oder CML-Mäusen nicht, was sie zu einer sicheren therapeutischen Option macht, die eine effektive Wiederherstellung der normalen hämatopoetischen Funktion während der Leukämie gewährleistet.

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