Rolle myeloider Suppressorzellen bei primärer Myelofibrose

Die primäre Myelofibrose (PMF) ist eine Philadelphia-negative chronische myeloproliferative Erkrankung, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: klonale Expansion einer malignen hämatopoetischen Stammzelle CD34+, Knochenmarkfibrose, Splenomegalie, extramedulläre Hämatopoese und eine ausgeprägte Neoangiogenese im Knochenmark und in der Milz. Bei 95 % der Patienten liegt eine erworbene Mutation der Gene JAK2, CALR oder MPL vor, die eine Aktivierung des JAK-STAT-Signalwegs in der myeloischen Linie bewirkt. Es wird angenommen, dass Entzündungen eine relevante Rolle in der Pathogenese der PMF spielen, was durch hohe Spiegel entzündlicher Zytokine mit prognostischer Bedeutung und durch einen Zustand chronischen oxidativen Stresses mit erhöhten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) belegt wird.

Myeloide Suppressorzellen (MDSCs) sind unreife myeloische Zellen, die sich bei Patienten mit Malignomen, Sepsis oder chronischen Entzündungen ansammeln. Im Ruhezustand wandern MDSCs aus dem Knochenmark in verschiedene periphere Organe, wo sie sich zu Makrophagen, dendritischen Zellen oder Granulozyten differenzieren. Zytokine und Chemokine, die im Tumormikromilieu produziert werden, rekrutieren unreife myeloische Zellen in peripheres Blut (PB), Milz, Leber und lymphatische Organe, verhindern deren Differenzierung (durch Aktivierung des STAT3-Signalwegs) und induzieren ihre Aktivierung zu MDSCs. Diese Zellpopulation wird konventionell in zwei Subgruppen unterteilt: polymorphkernige (PMN)- und monozytäre (M)-MDSCs. Darüber hinaus besitzen MDSCs die starke Fähigkeit, zytotoxische Funktionen von T-/NK-Zellen zu reduzieren, und das Potenzial, sich zu Endothelzellen zu differenzieren und in das Tumorendothel einzubauen, was die Tumor-Neoangiogenese begünstigt. Schließlich fanden Wang et al. hohe Spiegel zirkulierender MDSCs bei Patienten mit myeloproliferativen Neoplasien, die in der Lage waren, die T-Zell-Proliferation zu hemmen.

Diese Voraussetzungen legen nahe, dass MDSCs eine Rolle in der Pathogenese der PMF spielen könnten, indem sie einige Funktionen von Immunzellen hemmen, die chronische Entzündung, die die Krankheit charakterisiert, aufrechterhalten und/oder den Angiogenese-Prozess fördern.

Ein Zustand chronischer Entzündung ist gemeinhin mit einer Zunahme von MDSCs (Anzahl und Aktivität) verbunden, die zur Aufrechterhaltung und Verstärkung der Entzündung beiträgt, indem sie durch ROS-Produktion oxidativen Stress induziert. Bei PMF-Patienten wird angenommen, dass Entzündungen eine relevante Rolle in der Pathogenese der Krankheit spielen, was durch hohe Spiegel entzündlicher Zytokine mit prognostischer Bedeutung und durch einen Zustand chronischen oxidativen Stresses belegt wird. Vor einigen Jahren berichteten Wang et al. bei einer sehr begrenzten Anzahl von Patienten mit PMF über eine Zunahme der Häufigkeit zirkulierender MDSCs; sie konnten jedoch, wahrscheinlich aufgrund der geringen Probenzahl, keine Korrelation zwischen der Anzahl der MDSCs und sowohl dem genetischen Hintergrund als auch dem Krankheitsphänotyp finden.

Die Grundlage dieses Projekts ergibt sich aus den Beobachtungen, dass bei PMF alle Voraussetzungen für eine Rolle von MDSCs in der Pathogenese der Krankheit bestehen: a) ein Zustand chronischer Entzündung, b) ein variabler Grad an Dysfunktion des Immunsystems (der zusammen mit der Aktivierung des JAK/STAT-Signalwegs aufgrund von Treibermutationen für das Fortschreiten der Krankheit verantwortlich sein könnte) und c) ausgeprägte neoangiogenetische Prozesse.

Basierend auf diesen Überlegungen stellen die Forscher die Hypothese auf, dass: 1) eine Zunahme der Anzahl und/oder Funktion von MDSCs an der immunologischen Dysfunktion beteiligt ist, die bei PMF-Patienten beschrieben wurde, 2) MDSCs aufgrund ihrer Fähigkeit, einen endothelialen Phänotyp und Funktion zu erlangen, zur splenischen und Knochenmark-Neoangiogenese beitragen, 3) MDSCs zur Aufrechterhaltung der Entzündung durch ihre Fähigkeit beitragen, ROS und damit oxidativen Stress auf zellulärer Ebene zu produzieren, 4) die JAK-Inhibitor-Therapie (derzeit das wirksamste symptomatische Medikament zur Verringerung der Splenomegalie und zur Beseitigung systemischer Symptome bei PMF) ihre positive Wirkung nicht nur durch Herunterregulierung des JAK/STAT-Signalwegs in hämatopoetischen Zellen der Patienten, sondern auch durch Hemmung der ROS-Produktion in MDSCs ausübt.

Die Bedeutung des Projekts liegt:

i) in der Erkennung eines neuen pathogenetischen Mechanismus, der zusammen mit und zusätzlich zur DNA-Mutation zur Erklärung der phänotypischen Vielfalt beiträgt, die während des klinischen Verlaufs der PMF beobachtet wird; ii) in der Identifizierung eines neuen Ziels für die personalisierte Behandlung der PMF.

Das primäre Ziel dieses Projekts ist es, die Rolle von MDSCs bei der Förderung chronischer Entzündungen (durch Analyse von Zytokinen/Chemokinen zusammen mit ihren Rezeptoren) zu untersuchen, ihren Prozentsatz in Korrelation mit klinischen/biologischen Parametern zu bewerten, Veränderungen nach Behandlung mit JAK-Inhibitoren (JAK-i) zu untersuchen und ihre Beteiligung am neoangiogenetischen Prozess zu testen.

Primäre Endpunkte:

• MDSC-Subgruppen (polymorphkernige (PMN)- und monozytäre (M)-MDSCs) im PB und BM von PMF-Patienten und gesunden Probanden phänotypisch und funktionell zu charakterisieren. Im Falle einer Splenektomie werden wir das Vorhandensein von PMN-MDSCs und M-MDSCs in frisch gewonnenen milzstammigen mononukleären Zellen von Patienten (die sich aus therapeutischen Gründen dem Eingriff unterziehen) und Kontrollen (nach Splenektomie aufgrund traumatischer Läsionen) bewerten.
• die Daten mit klinischen und biologischen Parametern sowie mit dem Genotyp der Treibermutationen der Gene JAK2, MPL und CALR bei PMF-Patienten zu korrelieren.
• in Plasmaproben von PMF und Kontrollen Zytokine zu bewerten, die am Entzündungsprozess, an der immunsuppressiven Funktion, an der angiogenen Aktivität und an der erhöhten Produktion von MDSCs beteiligt sind.

Sekundäre Endpunkte sind:

1. Untersuchung, ob patientenabgeleitete MDSCs, die unter proangiogenen Bedingungen kultiviert werden, in der Lage sind, sich unter angiogenen Kulturbedingungen zu Endothelzellen zu differenzieren (Durchflusszytometrie) und/oder ihr Genexpressionsprofil zu verändern (durch RealTime-quantitative PCR (RT-qPCR) vor und nach der Inkubation);
2. Testen der Hypothese ex vivo, dass MDSCs an den neoangiogenetischen Prozessen beteiligt sind, die die PMF charakterisieren, indem das Vorhandensein von endothelial-ähnlichen MDSCs in PMF-Geweben bewertet, Immunfluoreszenzfärbungen in Milz- und Knochenmarkschnitten durchgeführt und diese mittels konfokaler Mikroskopie analysiert werden;
3. Überprüfung, ob MDSCs wirksame Ziele von JAK-Inhibitor-Medikamenten sind, indem die Wirkungen von JAK1/JAK2-Inhibitoren auf die MDSC-Aktivität und -Funktion in vitro durch Durchflusszytometrie, RT-qPCR und ELISA-Tests getestet werden.