Research Report 2009/2010/2011
Institute/Clinic/Department: Universitätsklinikum Gießen und Marburg
Klinik für Hämatologie, Onkologie und Immunologie
Address: Baldingerstraße
35043 Marburg
Phone: +49 (0) 6421 58 66 727Fax: +49 (0) 6421 58 66 358
E-Mail: neubauer@uni-marburg.de
Director: Prof. Dr. med. A. Neubauer
Research group (W2/W3 professors):
Klinische Forschergruppe KFO210: Genetics of drug resistance in cancer
(DFG, Bonn)
Sprecher: Prof. Dr. A. Neubauer
Laufzeit: 36 Monate (ab 2008)
2. Förderperiode 36 Monate ab 2012
Tumorerkrankungen stehen an der Spitze der Mortalitätsstatistik. Nur 50 % aller Tumoren können kurativ mit lokalen Maßnahmen (Chirurgie, Strahlentherapie) geheilt werden. Es hat sich gezeigt, dass mit multimodalen Therapiekonzepten unter Einsatz von Systemtherapien (Chemo- und Immuntherapien) die Heilungsrate verbessert werden kann. Allerdings profitiert immer nur ein kleiner Teil der Behandelten von diesen aggressiven Therapien. Darüber hinaus wird ein Großteil der Tumoren erst im metastasierten Stadium festgestellt. Nur ganz wenige Tumoren können in metastasierten Stadien noch geheilt werden. Auch bei rezidivierten Tumoren ist das Ansprechen auf Chemotherapie häufig schlechter als in der Primärtherapie. Somit erweist sich die Resistenz auf Systemtherapie als ein Hauptproblem der Onkologie. Bisher durchgeführte Modulationen von Tumorresistenz waren erfolglos und sind nicht in die klinische Praxis eingezogen. Um neue Gene zu entdecken, werden wir shRNA Bibliotheken einsetzen, die mit Resistenz bei Leukämien sowie bei Pankreas- und Lungenkarzinom assoziiert sind. Zusätzlich werden wir hoch spezialisierte Zellsortierungen vornehmen, um die Frage nach Resistenzprofilen an Stammzellpopulation in vivo bei Leukämien zu stellen. Darüber hinaus werden wir an den bereits identifizierten Resistenzgenen NFAT und p73 arbeiten. Von diesen Projekten versprechen wir uns ein tieferes molekulares Verständnis der Resistenzvorgänge in Tumorzellen und eine Entwicklungsmöglichkeit für neue Therapien in der Zukunft.
Teilprojektleiter: Prof. Dr. A. Neubauer
Laufzeit: 36 Monate (ab 2008)
2. Förderperiode 36 Monate ab 2012
Teilprojekt 3: A synthetic lethal screen to identify novel targets for therapy in acute myeloid leukemia
Chemotherapieresistenz ist ein Hauptproblem in der Therapie maligner Tumoren. Tyrosinkinasen spielen bei der Induktion klassischer Chemotherapieresistenz eine wichtige Rolle (c-erbB2; Bcr-Abl; Flt3-ITD). Im Gegensatz dazu fanden wir, dass Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML), deren Blasten onkogenes Ras aufweisen, ein deutlich geringeres Rückfallrisiko und verbessertes Überleben aufweisen, wenn diese Patienten mit hochdosiertem Cytarabin therapiert wurden (Neubauer et al, 2008). Die Ergebnisse konnten in vitro an Stammzellen, welche mit MLL-ENL immortalisiert waren, bestätigt werden. Zusätzlich fanden wir, dass onkogenes Ras bei Auftreten von DNA-Schaden (z.B. mit höher dosiertem Cytarabin) in diesem System ein p53-abhängiges Differenzierungsprogramm vermittelt, was die klinischen Daten (weniger Rezidive bei AML mit onkogenem Ras, wenn hoch dosiertes Cytarabin gegeben wird) gut erklären könnte (Meyer et al, 2009).
Diese Daten lassen DNA-Schadensprogramme als Modulatoren von Chemotherapie-Empfindlichkeit sehr wahrscheinlich erscheinen und zeigen, dass durch geeignete Medikamente Resistenzen durchbrochen werden können. Um neue Zielmoleküle zu finden, haben wir daher im Rahmen unserer Klinischen Forschergruppe zunächst an U2OS Tumorzellen, welche in vitro mit Cytarabin und Doxorubicin behandelt wurden, einen DNA-repair-knock-down-screen durchgeführt. Der Screen förderte verschiedene Kandidatengene zutage, die wir nun validieren. Die Validierung soll auch an AML Zelllinien sowie primären und sortierten AML Patientenzellen vor der Induktionschemotherapie erfolgen. Wir hoffen, auf diese Weise neue therapeutisch nutzbare Zielmoleküle identifizieren zu können, um somit Resistenz besser verstehen und behandeln zu können.
Transregio 17:
Ras-dependent pathways in human cancer
(DFG – SFB, Bonn)
Stellv. Sprecher: Prof. Dr. A. Neubauer
Laufzeit: 2. Förderperiode: 2008 – 2012
Der Transregio 17 geht von dem Gedanken aus, dass wir trotz enormer
Fortschritte in der Molekularbiologie von Tumoren weit davon entfernt
sind, mechanistisch zu verstehen, wie zentrale biologische
Eigenschaften von Tumoren entstehen. Das gilt zum Beispiel für die
Deregulation der Zellproliferation, das Vermeiden von Apoptose, stärker
noch für die Dedifferenzierung, die Bildung von Metastasen und die
Antwort auf Chemotherapeutika. Damit rückt ein Verständnis der
Heterogenität humaner Tumorerkrankungen in weite Ferne. Da diese
biologischen Eigenschaften aus der Wechselwirkung vieler genetischer
Faktoren entstehen, gilt diese Aussage sogar in den Fällen, in denen
Tumoren durch bekannte Mutationen ausgelöst werden, wie zum Beispiel
durch Mutationen, die den Ras-Pathway aktivieren. Diese Mutationen
gehören zu den häufigsten, die in humanen Tumoren gefunden werden. Die
Transregio-Initiative hat sich daher zum Ziel gesetzt, mechanistisch zu
verstehen, wie zentrale biologische Eigenschaften von Tumoren als
Antwort auf deregulierte Signaltransduktion durch den Ras-Pathway
entstehen. Die Projekte sind in drei Teilbereiche eingeteilt, von denen
sich der erste mit der biologischen Phänomenen beschäftigt, die durch
Ras kontrolliert werden, ("Signal Transduction through the Ras
Pathway"). Der zweite Teilbereich geht von einer Fülle von
Beobachtungen aus, die belegen, dass die zelluläre Antwort auf die
Aktivierung von Ras keineswegs stereotyp ist, sondern durch eine
Vielzahl von Onkogenen und Tumorsupressorgenen moduliert wird. Hier
geht es darum, diese Modulation und ihre Rolle in der Hemmung von
Tumorentstehung zu verstehen ("Cellular Responses to Ras and their
Genetic Control"). Der dritte Teilbereich zielt darauf ab, primär
klinische Phänomene, die auf eine Rolle von Ras zum Beispiel in der
Antwort auf Chemotherapeutika verweisen, zu molekular zu analysieren
("Ras-dependent signalling in Human Tumors").
Teilprojektleiter: Prof. Dr. A. Neubauer
Laufzeit: 2. Förderperiode: 2008 – 2012
Teilprojekt C3: Cooperation of Ras induced signaling and the nuclear oncogene Ski in acute myeloid leukemia (AML) and malignant melanoma
Ras Signalübertragung bei der AML
Unser Hauptziel im ersten Teil ist es zu untersuchen, wie onkogenes Ras und Zelldifferenzierung miteinander verknüpft sind und ob eine Aktivierung der verantwortlichen Wege durch andere genetische Mechanismen positive Reaktionen in der Chemotherapie in vitro induzieren. Folgende Fragestellungen werden untersucht:
1. Besteht ein direkter Zusammenhang der Ras-induzierten Induktion der myeloischen Differenzierung mit der Aktivierung von DNA-Schäden Checkpoints?
2. Erfordert die Ras induzierte myeloischen Differenzierung funktionales p53?
3. Erfordert die Ras induzierte myeloischen Differenzierung funktionales ICSBP?
4. Sind DNA-Reparatur-Gene in der beobachteten Ras induzierter Effekte beteiligt?
Interaktion von Ski mit Ras Signalübermittlung
Im zweiten Teil des Antrags beschäftigen wir uns mit der Interaktion des nukleären Onkoproteins c-Ski und dem durch ongogenen Ras ausgelösten Signalveränderungen, insbesondere der durch FLT3-ITD induzierten Zellaktivierung. Wir konnten zeigen, dass Ski bei der AML ein Repressor des Retinolsäuresignalweges ist und somit die zelluläre Differenzierung hemmt (Ritter et al, 2006). AML mit niedrigem Ski scheinen dabei besser auf Vitamin A anzusprechen als AML mit hohem Ski, was die Rolle von Ski als Repressor dieses Signalweges unterstreicht (Teichler et al, 2008). Kürzlich konnten wir zeigen, dass AML mit hohem Ski, welche vor allem einen Verlust des Chromosoms 7q aufweisen, durch eine Herabregulation der auf Chromosom 7q lokalisierten mikroRNA 29a charakterisiert sind und dass mikroRNA29a die Ski-Expression reguliert (Teichler et al, 2011). Wir wollen nun in diesem Projekt die Interaktion von FLT3-ITD und Ski weiter auch mittels eines geeigneten Mausmodells studieren. Dabei ist uns AML mit FLT3-ITD wichtig, da wir kürzlich zeigen konnten, dass diese AML besonders sensibel auf Sorafenib sind (Metzelder et al, 2009).
Tumor und Entzündung
(Graduiertenschule LOEWE):
Teilprojektleiter: Prof. Dr. A. Neubauer
Laufzeit: 36 Monate (ab 2008), Verlängerung bis 31.12.2012 genehmigt
Teilprojekt A1: Rolle pro-inflammatorischer Gene bei der Induktion gastraler MALT Lymphome
Im Rahmen des Antrages der LOEWE-Initiative „Tumor und Entzündung“ bearbeitet meine Gruppe ein Teilprojekt, das sich mit folgenden Hauptfragen beschäftigt:
1. Welche Rolle spielen bestimmte Signalwege wie PLC-gamma bei der Transition der gastralen Entzündung in ein frühes Magen-MALT-Lymphom?
2. Können Helicobacter-spezifische mikroRNA Signaturen definiert werden und welche Rolle spielen diese in der Transformation?
Erste Daten konnten publiziert werden und zeigen, dass Magenlymphome ein charakteristisches Expressionsprofil aufweisen (Huynh et al, 2008). Weiter konnten wir in Kooperation mit der Gruppe in Zürich zeigen, dass MALT Lymphome ein ganz charakteristisches Muster von Antigenmutation aufweisen (Craig et al, 2010).
NGFN-plus Verbund: Akute Leukämien
(Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Projektträger für das BMBF):
Teilprojektleiter: Prof. Dr. A. Neubauer
Laufzeit: 36 Monate (ab 2008), Verlängerung bis 30.3.2013 bewilligt
Teilprojekt 11: Vitamin A-Resistenz in der akuten myeloischen Leukämie:
Die Rolle des nukleären Repressors Ski und funktionelle shRNA Barcode Sreens in myeloischen Zellen im Verbundvorhaben „Akute Leukämie“
Kürzlich zeigten wir, dass das nukleäre Onkogen Ski durch die auf Chromosom 7q kodierte mikroRNA 29a reguliert wird (Teichler et al, 2011). Ziel des Vorhabens ist es nun, die funktionelle Rolle von Ski in der AML weiter im Detail zu charakterisieren, die RA und IFN-gamma Resistenz in AML zu analysieren und mit Hilfe von shRNA Screens Gene zu identifizieren, die bei der Regulierung der myeloischen bzw. monozytären Differenzierung eine Rolle spielen. Das folgende Arbeitsprogramm ist hierfür vorgesehen:
1. Überprüfung eines möglichen Zusammenhangs zwischen Ansprechen auf HDAC-Inhibitoren und Ski-Expression in vivo
2. Überprüfung eines möglichen Zusammenhangs zwischen Flt3-ITD-Mutation und Ski-Expression in vivo
3. Überprüfung einer möglichen Korrelation von miRNA-Expression und Ski-Expression in vivo
4. Validierung von C/EBPalpha als Regulator/Induktor von RA induzierter myeloischer Differenzierung; RA induzierter shRNA Screen in humanen HL60 Zellen
5. Vorbereitende Untersuchung zur Identifizierung von Genen, die die Interferon-gamma induzierte monozytäre Differenzierung in humanen HL60 Zellen hemmen.
Weitere Forschungsschwerpunkte:
- Rolle Interferon-regulatorischer Gene (IRF) bei der
chronischen myeloischen Leukämie (CML)
Wir kümmern uns seit einigen Jahren um die Rolle von IRF bei der CML. Der Projektleiter ist Prof. Burchert. Wir konnten zeigen, dass IRF-8, aber auch IRF4, bei der CML tumorsuppressiv sind. Kürzlich gelang in einer klinischen Studie zu zeigen, dass nach Absetzen des Tyrosinkinasehemmers Imatinib eine Vertiefung der molekularen Remission durch Interferon (welches IRFs induziert) gelingt, was nun die Basis für die neue CML-Studie V darstellen wird (Burchert et al, 2010). (Unterstützung durch José Carreras Leukämiestiftung, sowie DFG SFB TR17).
- Charakterisierung von Stammzellen und deren
Eigenschaften
Dieses Projekt wird von Frau Dr. Brendel geleitet. Wir konnten zeigen, dass Imatinib, das Basistherapeutikum der CML, essentielle Transportproteine, welche mit Stammzelleigenschaften assoziiert sind, modulieren kann und somit Resistenz vermittelt (Brendel et al, 2007; Dohse et al, 2010). Kürzlich gelang uns der Nachweis, dass die Expression von alpha 4 Integrin auf CD34-positiven Stammzellen das Engraftment nach autologer Stammzelltransplantation bestimmt (Hartz et al, 2011) (Unterstützung durch DFG KFO 210).
- Rolle prognostischer Faktoren bei Keimzelltumoren
Ein wichtiges Projekt in unserer Klinik ist die Identifikation klinischer Resistenzprädiktoren bei Rezidiven von Keimzelltumoren. Dieses Teilprojekt wird von Frau PD Dr. Anja Lorch geleitet. Die Basis war eine der wenigen randomisierten Studien auf dem Gebiet der Stammzelltransplantation, die von uns geleitet wurde (Lorch et al, 2007). Es gelang Frau Lorch, die weltweit größte Datenbank zu Prognosefaktoren bei Keimzelltumorrezidiven aufzubauen und so neue Faktoren zu identifizieren (sog. Lorch Score) (Lorch et al, 2010). Sie konnte nun kürzlich zeigen, dass die Hochdosistherapie in allen Risikogruppen der Standardtherapie überlegen ist (Lorch et al, 2011). Es geht nun um die Planung und Durchführung einer randomisierten Therapiestudie, die weltweit rekrutieren soll, und die von Frau Dr. Lorch in Kooperation mit Prof. Beyer, Berlin, und Prof. Einhorn, Indiana, geleitet wird.
Publikationen
Brendel C, Scharenberg C, Dohse M, Robey RW, Bates SE, Shukla S, Ambudkar SV, Wang Y, Wennemuth G, Burchert A, Boudriot U, Neubauer A (2007) Imatinib mesylate and nilotinib (AMN107) exhibit high-affinity interaction with ABCG2 on primitive hematopoietic stem cells. Leukemia 21(6): 1267-1275
Burchert A, Muller MC, Kostrewa P, Erben P, Bostel T, Liebler S, Hehlmann R, Neubauer A, Hochhaus A (2010) Sustained Molecular Response With Interferon Alfa Maintenance After Induction Therapy With Imatinib Plus Interferon Alfa in Patients With Chronic Myeloid Leukemia. J Clin Oncol 28: 1429-1435
Craig VJ, Arnold I, Gerke C, Huynh MQ, Wundisch T, Neubauer A, Renner C, Falkow S, Muller A (2010) Gastric MALT lymphoma B cells express polyreactive, somatically mutated immunoglobulins. Blood 115(3): 581-591
Dohse M, Scharenberg C, Shukla S, Robey RW, Volkmann T, Deeken JF, Brendel C, Ambudkar SV, Neubauer A, Bates SE (2010) Comparison of ATP-binding cassette transporter interactions with the tyrosine kinase inhibitors imatinib, nilotinib, and dasatinib. Drug Metab Dispos 38(8): 1371-1380
Hartz B, Volkmann T, Irle S, Loechelt C, Neubauer A, Brendel C (2011) {alpha}4 integrin levels on mobilized peripheral blood stem cells predict rapidity of engraftment in patients receiving autologous stem cell transplantation. Blood 118: 2362-2365
Huynh MQ, Wacker HH, Wundisch T, Sohlbach K, Daniel Kim T, Krause M, Stabla K, Roth P, Fischbach W, Stolte M, Neubauer A (2008) Expression profiling reveals specific gene expression signatures in gastric MALT lymphomas. Leuk Lymphoma 49(5): 974-983
Lorch A, Bascoul-Mollevi C, Kramar A, Einhorn L, Necchi A, Massard C, De Giorgi U, Flechon A, Margolin K, Lotz JP, Germa-Lluch JR, Powles T, Kollmannsberger C, Beyer J (2011) Conventional-dose versus high-dose chemotherapy as first salvage treatment in male patients with metastatic germ cell tumors: evidence from a large international database. J Clin Oncol 29(16): 2178-2184
Lorch A, Beyer J, Bascoul-Mollevi C, Kramar A, Einhorn LH, Necchi A, Massard C, De Giorgi U, Flechon A, Margolin KA, Lotz JP, Germa Lluch JR, Powles T, Kollmannsberger CK (2010) Prognostic factors in patients with metastatic germ cell tumors who experienced treatment failure with cisplatin-based first-line chemotherapy. J Clin Oncol 28(33): 4906-4911
Lorch A, Kollmannsberger C, Hartmann JT, Metzner B, Schmidt-Wolf IG, Berdel WE, Weissinger F, Schleicher J, Egerer G, Haas A, Schirren R, Beyer J, Bokemeyer C, Rick O (2007) Single versus sequential high-dose chemotherapy in patients with relapsed or refractory germ cell tumors: a prospective randomized multicenter trial of the German Testicular Cancer Study Group. J Clin Oncol 25(19): 2778-2784
Metzelder S, Wang Y, Wollmer E, Wanzel M, Teichler S, Chaturvedi A, Eilers M, Enghofer E, Neubauer A, Burchert A (2009) Compassionate-use of sorafenib in Flt3-ITD positive acute myeloid leukemia: sustained regression prior and post allogenic stem cell transplantation. Blood 113: 6567-6571
Meyer M, Rubsamen D, Slany R, Illmer T, Stabla K, Roth P, Stiewe T, Eilers M, Neubauer A (2009) Oncogenic RAS enables DNA damage- and p53-dependent differentiation of acute myeloid leukemia cells in response to chemotherapy. PLoS One 4(11): e7768
Neubauer A, Maharry K, Mrozek K, Thiede C, Marcucci G, Paschka P, Mayer RJ, Larson RA, Liu ET, Bloomfield CD (2008) Patients with acute myeloid leukemia and RAS mutations benefit most from postremission high-dose cytarabine: A Cancer and Leukemia Group B study. J Clin Oncol 26(28): 4603-4609
Ritter M, Kattmann D, Teichler S, Hartmann O, Samuelsson MK, Burchert A, Bach JP, Kim TD, Berwanger B, Thiede C, Jager R, Ehninger G, Schafer H, Ueki N, Hayman MJ, Eilers M, Neubauer A (2006) Inhibition of retinoic acid receptor signaling by Ski in acute myeloid leukemia. Leukemia 20(3): 437-443
Teichler S, Illmer T, Roemhild J, Ovcharenko D, Stiewe T, Neubauer A (2011) MicroRNA29a regulates the expression of the nuclear oncogene Ski. Blood 118(7): 1899-1902
Teichler S, Schlenk RF, Strauch K, Hagner NM, Ritter M, Neubauer A (2008) Expression of the nuclear oncogene Ski in patients with acute myeloid leukemia treated with all-trans retinoic acid. Haematologica 93(7): 1105-1107
Number of completed MD theses (Dr. med. / Dr. med. dent.):
2 magna cum laude
Number of completed PhD theses (Dr. rer. nat. / Dr. rer. physiol.):
1 summa cum laude
