Uwe Eduard Hattenhorst

Untersuchung der differentiellen Genexpression mit DNA-Microarrays bei Akuter Lymphoblastischer Leukämie im Vergleich mit normalen B-Lymphozyten

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 20.10.2003

Abstract
Zur Untersuchung der funktionellen Genomik bei der akuten lymphoblastischen Leukämie vom Typ cALL (common Acute Lymphoblastic Leukemia) werden die Genexpressionsmuster pathologisch veränderter Leukämiezellen und gesunder Kontrollzellen eines entsprechenden Differenzierungsstadiums (gesunde B-Vorläuferzellen) miteinander verglichen. Die Genexpressionsprofile von 35 pädiatrischen cALL Knochenmarksproben, entnommen vor Beginn der anti-leukämischen Therapie, wurden unter Verwendung von Affymetrix Oligonukleotid-DNA-Mikroarrays analysiert. Die leukämischen Zellen wurden mit 15 Proben sortierter B-Lymphozyten aus dem Nabelschnurrestblut gesunder Spender verglichen.
Die differentiell exprimierten Gene enthalten funktionelle Informationen zur molekularen Pathobiologie der cALL. Der Vergleich der Genexpressionsprofile zeigt die leukämischen Blasten als Zellen mit hoher Proliferationsrate einhergehend mit verstärkter DNA-Replikation und nicht verstärkter Proteinbiosynthese. Das Differenzierungsstadium, in dem die Reifung der leukämischen Zellen angehalten ist, entspricht dem Stadium der späten pro-B-Zelle. Die Leukämiezellen verfolgen eigene Strategien zur Vermeidung der Apoptose, indem sie zum Beispiel Apoptoseinhibitoren heraufregulieren. In den Zellen der cALL sind weiterhin insbesondere die Signalwege der TGF/BPM-Familie und der WNT-Familie aktiv und möglicherweise dereguliert. Diese Signalwege sind eng miteinander vernetzt und in die Regulation von Proliferation und Differenzierung von B-Lymphozyten involviert. Die Deregulation dieser vernetzten Signalwege könnte am pathologischen Phänotyp einer angehaltenen Differenzierung und einer anhaltenden Proliferation der cALL Lymphoblasten beteiligt sein.

For investigating the functional genomics of common acute lymphoblastic leukemia (cALL) the gene expression profiles of pathologic leukemic cells and of normal control cells of a corresponding differentiation stage (normal B progenitor cells) are compared. Gene expression profiles from 35 pediatric cALL bone marrow samples, taken prior to anti-leukemic therapy, are analyzed using Affymetrix oligonucleotide DNA-microarrays. The leukemic cells are compared with 15 samples of sorted B lymphocytes taken from cord blood of healthy donors.
Differentially expressed genes contain functional information about the cALL molecular pathobiology. Comparison of gene expression profiles demonstrates that the leukemic cells strongly proliferate, which is associated with increased DNA replication and at least not associated with increased protein synthesis. Differentiation of the leukemic cells is arrested in a stage corresponding to late pro B cells. Leukemic cells pursue own anti-apoptotic strategies, e.g. via over expression of apoptosis inhibitors. Certain signaling pathways, especially of the TGF/BMP and the WNT family, are active and possibly deregulated in cALL blast cells. These signaling pathways are functioning in a network involved in regulating proliferation and differentiation of B lymphocytes. Deregulation of these networked signaling pathways possibly participates in the cALL lymphoblast’s pathologic phenotype of arrested differentiation and continuous proliferation.

Keywords:
Akute Lymphoblastische Leukämie, B-Zell Differenzierung, B-Lymphozyten, Apoptose, WNT-Signaltransduktion, TGF/BMP-Signaltransduktion, TEL/AML1-Translokation, Zellzykluskontrolle, Microarray, Funktionelle Genomik

Acute Lymphoblastic Leukemia, B Cell Differentiation, B Lymphocyte, Apoptosis, WNT Signal Transduction, TGF/BMP Signal Transduction, TEL/AML1 Translocation, Cell Cycle Control, Microarray, Functional Genomics

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung (1-16)
2 Material und Methoden (17-42)
3 Ergebnisse (43-107)
4 Diskussion (108-158)
5 Zusammenfassung (159-160)
6 Anhang (161-185)