Diagnostic Center of Acute Leukemia (DCAL), Klinikum der Goethe-Universität Frankfurt am Main Zentrum für Kinder- und Jugendmedizin Klinik III, Haus 32, 2. OG, Zimmer A231 Theodor Stern-Kai 7 60590 Frankfurt am Main Germany Tel.: 069-6301-83971 (Büro) Tel.: 069-6301-83973 (Labor) Fax.: 069-6301-83419
Year of birth: 1968 Nationality: German Place of birth: Visbek
Education/ Employment History: 1989-1994: Chemical engineering at the University of Applied Sciences in Emden, BSc. (hons) 1995-1999: Employed as Head Product Specialist at Abbott GmbH in Wiesbaden-Delkenheim. 1999-2001: Biotechnology at the University of Applied Sciences in Mannheim, MSc. 2002-2005: Institute of Pharmaceutical Biology, Goethe-University of Frankfurt, PhD. since 2005: Group leader of the Diagnostic Center of Acute Leukemia (DCAL), Institute of Pharmaceutical Biology, Goethe-University of Frankfurt, Germany.
Abstract: Activation of the MAPK signaling pathway has been shown to be a unifying molecular feature in pilocytic astrocytoma (PA). Genetically, tandem duplications at chromosome 7q34 resulting in KIAA1549-BRAF fusion genes constitute the most common mechanism identified to date. To elucidate alternative mechanisms of aberrant MAPK activation in PA, we screened 125 primary tumors for RAF fusion genes and mutations in KRAS, NRAS, HRAS, PTPN11, BRAF and RAF1. Using microarray-based comparative genomic hybridization (aCGH), we identified in three cases an interstitial deletion of ~2.5 Mb as a novel recurrent mechanism forming BRAF gene fusions with FAM131B, a currently uncharacterized gene on chromosome 7q34. This deletion removes the BRAF N-terminal inhibitory domains, giving a constitutively active BRAF kinase. Functional characterization of the novel FAM131B-BRAF fusion demonstrated constitutive MEK phosphorylation potential and transforming activity in vitro. In addition, our study confirmed previously reported BRAF and RAF1 fusion variants in 72% (90/125) of PA. Mutations in BRAF (8/125), KRAS (2/125) and NF1 (4/125) and the rare RAF1 gene fusions (2/125) were mutually exclusive with BRAF rearrangements, with the exception of two cases in our series that concomitantly harbored more than one hit in the MAPK pathway. In summary, our findings further underline the fundamental role of RAF kinase fusion products as a tumor-specific marker and an ideally suited drug target for PA.
Abstract: Approximately 25% of childhood acute lymphoblastic leukemias carry the ETV6/RUNX1 fusion gene. Despite their excellent initial treatment response, up to 20% of patients relapse. To gain insight into the relapse mechanisms, we analyzed single nucleotide polymorphism arrays for DNA copy number aberrations (CNAs) in 18 matched diagnosis and relapse leukemias. CNAs were more abundant at relapse than at diagnosis (mean 12.5 vs 7.5 per case; P = .01) with 5.3 shared on average. Their patterns revealed a direct clonal relationship with exclusively new aberrations at relapse in only 21.4%, whereas 78.6% shared a common ancestor and subsequently acquired distinct CNA. Moreover, we identified recurrent, mainly nonoverlapping deletions associated with glucocorticoid-mediated apoptosis targeting the Bcl2 modifying factor (BMF) (n = 3), glucocorticoid receptor NR3C1 (n = 4), and components of the mismatch repair pathways (n = 3). Fluorescence in situ hybridization screening of additional 24 relapsed and 72 nonrelapsed ETV6/RUNX1-positive cases demonstrated that BMF deletions were significantly more common in relapse cases (16.6% vs 2.8%; P = .02). Unlike BMF deletions, which were always already present at diagnosis, NR3C1 and mismatch repair aberrations prevailed at relapse. They were all associated with leukemias, which poorly responded to treatment. These findings implicate glucocorticoid-associated drug resistance in ETV6/RUNX1-positive relapse pathogenesis and therefore might help to guide future therapies.
Abstract: Pediatric mixed-lineage leukemia (MLL)-rearranged acute monoblastic leukemia with t(9;11)(p22;q23) has a favorable outcome compared with other MLL-rearranged AML. The biologic background for this difference remains unknown. Therefore, we compared gene expression profiles (GEPs; Affymetrix HGU133 + 2.0) of 26 t(9;11)(p22;q23) patients with 42 other MLL-rearranged AML patients to identify differentially expressed genes. IGSF4, a cell-cell adhesion molecule, was found to be highly expressed in t(9;11)(p22;q23) patients, which was confirmed by real-time quantitative polymerase chain reaction and Western blot. IGSF4 expression within t(9;11)(p22;q23) patients was 4.9 times greater in French-American-British morphology classification (FAB)-M5 versus other FAB-types (P = .001). Methylation status investigation showed that high IGSF4-expressing t(9;11)(p22;q23) patients with FAB-M5 have no promoter hypermethylation, whereas all other cases do. Cell-line incubation with demethylating agent decitabine resulted in promoter demethylation and increased expression of IGSF4. Down-regulation of IGSF4 by siRNA did not affect proliferation or drug sensitivity. In a cohort of 79 MLL-rearranged AML cases, we show significant better overall survival for cases with high IGSF4 expression (5-year overall survival 0.70 vs 0.37, P = .03) In conclusion, we identified IGSF4 overexpression to be discriminative for t(9;11)(p22;q23) patients with FAB-M5, regulated partially by promoter methylation and resulting in survival benefit.
Abstract: The Mixed Lineage Leukemia gene on chromosome 11q23 is a frequent site of recurrent translocations in acute leukemias. Its promiscuous character is reflected by the more than 60 different translocation partners described in literature. Prompted by karyotype and atypical FISH results, we identified a new translocation partner in infant acute myeloid leukemia, KIAA1524 on 3q13.13, also known as 'Cancerous Inhibitor of Protein phosphatase 2A (CIP2A)'. This gene was recently identified as a proto-oncogene stabilizing MYC protein in gastric carcinoma. KIAA1524 has never been related to hematologic malignancies before, and the current AML case is the first case in which an MLL-KIAA1524 fusion was described.
Abstract: Pediatric acute myeloid leukemia is a heterogeneous disease characterized by non-random genetic aberrations related to outcome. The genetic subtype is currently detected by different diagnostic procedures which differ in success rate and/or specificity.
Abstract: The TEL/AML1 fusion gene which represents the most frequent genetic abnormality in childhood ALL, usually results from genomic breakpoints in TEL intron 5 and AML1 intron 1 or 2. At the protein level, the helix-loop-helix domain and exon 5-coded central region of TEL are typically fused to almost entire AML1 including DNA-binding domain.
Abstract: Chromosomal rearrangements of the MLL gene are uncommon in myelodysplastic syndromes (MDSs), and few studies of their molecular structures and oncogenic mechanisms exist. Here, we present a case of de novo MDS with a normal karyotype at initial diagnosis and a mild clinical course. Five years after the initial diagnosis, investigators identified a complex rearrangement of the MLL gene without progression to acute leukemia. The 5' part of the MLL gene is fused out of frame with the LOC100131626 gene, and the 3' part of the MLL gene out of frame with the TCF12 gene. Rapid amplification of complementary DNA 3' ends yielded two main fusion transcripts, which is in concordance with the two described isoforms of the LOC100131626 gene. For both isoform-fusion transcripts, the open reading frame terminates shortly after the breakpoint that is predicted to form two de facto truncated MLL proteins and disrupts the open reading frame of the LOC100131626, TCF12, and UBE4A genes. Neither dimerization nor a transcriptional activation domain, each of which is causally linked to MLL protein-mediated transformation, is present. This and other unusual MLL rearrangements probably represent a subclass of MLL gene abnormalities that have intrinsically no ability or only a weak ability to transform hematopoeitic cells and are identified only in the context of other hematopoetic malignancies.
Abstract: Chromosomal rearrangements involving the MLL gene have been associated with many different types of hematological malignancies. Fluorescent in situ hybridization with a panel of probes coupled with long distance inverse-PCR was used to identify chromosomal rearrangements involving the MLL gene. Between 1995 and 2010, 27 patients with an acute leukemia were found to have a fusion gene involving MLL. All seven ALL patients with B cell acute lymphoblastic leukemia were characterized by the MLL/AFF1 fusion gene resulting from a translocation (5 patients) or an insertion (2 patients). In the 19 AML patients with acute myeloblastic leukemia, 31.6% of all characterized MLL fusion genes were MLL/MLLT3, 21.1% MLL/ELL, 10.5% MLL/MLLT6 and 10.5% MLL/EPS15. Two patients had rare or undescribed fusion genes, MLL/KIAA0284 and MLL/FLNA. Seven patients (26%) had a complex chromosomal rearrangement (three-way translocations, insertions, deletions) involving the MLL gene. Splicing fusion genes were found in three patients, leading to a MLL/EPS15 fusion in two and a MLL/ELL fusion in a third patient. This study showed that fusion involving the MLL gene can be generated through various chromosomal rearrangements such as translocations, insertions and deletions, some being complex or cryptic. A systematic approach should be used in all cases of acute leukemia starting with FISH analyses using a commercially available MLL split signal probe. Then, the analysis has to be completed, if necessary, by further molecular cytogenetic and genomic PCR methods.
Abstract: The ETV6/ABL1 (TEL/ABL) fusion gene is a rare aberration in malignant disorders. Only 19 cases of ETV6/ABL1-positive hematological malignancy have been published, diagnosed with chronic myeloid leukemia, other types of chronic myeloproliferative neoplasm, acute myeloid leukemia or acute lymphoblastic leukemia (ALL). This study reports three new cases (aged 8 months, 5 years, and 33 years) of ALL with the ETV6/ABL1 fusion found by screening 392 newly diagnosed ALL patients (335 children and 57 adults). A thorough review of the literature and an analysis of all published data, including the three new cases, suggest poor prognosis of ETV6/ABL1-positive acute leukemias. The course of the disease in the two pediatric patients is characterized by minimal residual disease monitoring, using quantification of both the ETV6/ABL1 transcript and immunoreceptor gene rearrangements. Eosinophilia could not be confirmed as a hallmark of the ETV6/ABL1-positive disease. Studies of neonatal blood spots demonstrated that, in the child diagnosed at five years, the ETV6/ABL1 fusion initiating the ALL originated prenatally.
Abstract: Abnormalities of 11q23 involving the MLL gene are found in approximately 10% of human leukemias. To date, nearly 100 different chromosome bands have been described in rearrangements involving 11q23 and 64 fusion genes have been cloned and characterized at the molecular level. In this work we present the identification of a novel MLL fusion partner in a pediatric patient with de novo biphenotypic acute leukemia.
Abstract: The survival rate for children with osteosarcoma (OS) has improved dramatically with the introduction of multiagent chemotherapy. As the number of pediatric cancer survivors increases, there is a concern about the development of secondary malignant neoplasms. Secondary acute myeloid leukemia (AML) has been rarely reported after treatment for OS. We describe a 14-year-old boy with OS of the left ileum who developed secondary AML 15 months after completion of treatment. Cytogenetic analysis of the leukemic cells demonstrated deletion 11q23, whereas fluorescence in situ hybridization revealed rearrangement of the MLL gene. Only the addition of the long-distance inverse polymerase chain reaction technique identified the SEPT2 as the MLL fusion partner resulting in t(2;11)(q37;q23) that was reported in a very few secondary AML cases. Because of the cryptic nature of MLL translocations that cannot be detected by conventional cytogenetics or may misinterpreted as deletion, additional molecular techniques are required to identify the precise translocation partner. Because long-distance inverse polymerase chain reaction is not available in most molecular laboratories, the true incidence of t(2;11)(q37;q23) and the involvement of SEPT2 as the MLL translocation partner could be more prevalent in secondary AML.
Abstract: Although a normal karyotype according to conventional cytogenetic analysis in association with cryptic t(15;17) has been infrequently reported in cases of acute promyelocytic leukemia (APL), a fluorescence in situ hybridization (FISH)-negative cryptic PML-RARA rearrangement is even more rare, with only 12 such APL cases of FISH-negative cryptic PML-RARA rearrangements in the literature. Reported here is an additional clinical APL case with a FISH-negative cryptic PML-RARA rearrangement, confirmed by long-distance DNA polymerase chain reaction method. Discussion includes a relevant literature review of similar cases. DNA-PCR can be a useful tool for the analysis of complex and cryptic rearrangements.
Abstract: Translocations involving the mixed lineage leukemia (MLL) gene, localized at 11q23, frequently occur in pediatric acute myeloid leukemia (AML). We recently reported differences in prognosis between the different translocation partners, suggesting differences in biological background. To unravel the latter, we used microarrays to generate gene expression profiles of 245 pediatric AML cases, including 53 MLL-rearranged cases. Thereby, we identified a specific gene expression signature for t(9;11)(p22;q23), and identified BRE (brain and reproductive organ expressed) to be discriminative for t(9;11)(p22;q23) (P<0.001) when compared with other MLL subtypes. Patients with high BRE expression showed a significantly better 3-year relapse-free survival (pRFS) (80±13 vs 30±10%, P=0.02) within MLL-rearranged AML cases. Moreover, multivariate analysis identified high BRE expression as an independent favorable prognostic factor within pediatric AML for RFS (HR=0.2, P=0.04). No significant differences were identified for 3-year event-free survival or for 3-year overall survival. Forced expression of BRE did not result in altered cell proliferation, apoptosis or drug sensitivity, which could explain the favorable outcome. In conclusion, overexpression of the BRE gene is predominantly found in MLL-rearranged AML with t(9;11)(p22;q23). Although further investigation for the role of BRE in leukemogenesis and outcome is warranted, high BRE expression is an independent prognostic factor for pRFS in pediatric AML.
Abstract: Translocations involving mixed lineage leukemia (MLL) gene at 11q23 are associated with de novo acute leukemia as well as therapy-related acute leukemia. More than 100 different translocations involving MLL have been described in acute leukemia, with more than 60 translocation partner genes characterized on the molecular level. In addition to various simple translocations affecting MLL, there are also complex forms involving three or more chromosomes. Here, we describe a novel three-way translocation of t(2;19;11)(p12;p13.3;q23) in a patient with acute lymphoblastic leukemia (ALL). In this translocation, the distal 19p13.3 joins the proximal 11q23 on der(11), whereas the distal 11q23 is translocated to 2p12. Three-way translocations involving 11q23 are often difficult to detect with cytogenetic means alone. In the present case, however, the chromosomes involved in the three-way translocation were readily identifiable by GTG banding. The MLL-MLLT1 fusion products from the derivative chromosome 11 were detected by reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR), and two splicing variant forms were confirmed by cloning and sequencing. Furthermore, the novel third partner gene, NRXN1, was detected by systematic breakpoint analysis using long-distance inverse-PCR methods (LDI-PCR). The apparent three-way translocation thus identified is noteworthy because few studies have reported complex rearrangements involving 11q23 and 19p13.3 in acute leukemias.
Abstract: Chromosomal rearrangements involving the MLL gene have been associated with many different types of hematological malignancies. Most of them are easily recognized by conventional cytogenetics. However, in some cases, complex, unusual or cryptic rearrangements make the MLL involvement difficult or impossible to be detected by conventional cytogenetics. Fluorescent in situ hybridization with a panel of probes coupled with long distance inverse-PCR was used to identify chromosomal rearrangements involving the MLL gene. Seven unusual chromosomal rearrangements were identified, including two complex translocations, three insertions of material of chromosome 11 in another chromosome and one insertion of chromosome material into the MLL gene. Conventional cytogenetics showed three patients to have a deletion of 11q; one had an unexpected t(6;11)(q27;q23) whereas the other two patients had also an insertion of MLL material in another chromosome. Concurrent 3' deletion in the MLL rearrangement was observed in two patients. We recommend a systematic approach to be used in all cases of acute leukemia starting with FISH analyses using a commercially available MLL split signal probe. Should an abnormality be discovered, the analysis has to be completed by further molecular cytogenetic and genomic PCR methods in order to unravel the recombination mechanism.
Abstract: Genetic aberrations involving the mixed lineage leukemia (MLL) gene are frequently diagnosed in infant acute lymphoblastic and acute myeloid leukemia. More than 60 fusion partner genes have been described at the molecular level, 31 of which have been characterized solely in infant leukemia cases. Here we describe a new MLL fusion partner gene, NEBL, which was identified in a case of acute myeloid leukemia in an infant. The chromosomal breakpoints of the MLL-NEBL and NEBL-MLL fusion genes were cloned by long-distance inverse polymerase chain reaction. The chromosomal breakpoints were located at 10p12, approximately 570 kb telomic of the MLLT10 (AF10) gene. AF10 and NEBL are localized in such close vicinity that they cannot be distinguished cytogenetically by G banding. Therefore, the combination of cytogenetic and independent molecular techniques such as long-distance inverse polymerase chain reaction are indispensable for the rapid identification and characterization of rare MLL rearrangements.
Abstract: Acute lymphoblastic leukemia (ALL) in infants younger than 1 year is a rare but relatively homogeneous disease ( approximately 80% MLL gene rearranged, approximately 70% CD10-negative) when compared with childhood and adult ALL. Several studies in children and adults with ALL have shown that minimal residual disease (MRD) status is a strong and independent prognostic factor. We therefore evaluated the prognostic significance of MRD in infant ALL. Ninety-nine infant patients treated according to the Interfant-99 protocol were included in this study. MRD was analyzed by real-time quantitative PCR analysis of rearranged immunoglobulin genes, T-cell receptor genes and MLL genes at various time points (TP) during therapy. Higher MRD levels at the end of induction (TP2) and consolidation (TP3) were significantly associated with lower disease-free survival. Combined MRD information at TP2 and TP3 allowed recognition of three patients groups that significantly differed in outcome. All MRD-high-risk patients (MRD levels > or =10(-4) at TP3; 26% of patients) relapsed. MRD-low-risk patients (MRD level <10(-4) at both TP2 and TP3) constituted 44% of patients and showed a relapse-rate of only 13%, whereas remaining patients (MRD-medium-risk patients; 30% of patients) had a relapse rate of 31%. Comparison between the current Interfant-06 stratification at diagnosis and the here presented MRD-based stratification showed that both stratifications recognized different subgroups of patients. These data indicate that MRD diagnostics has added value for recognition of risk groups in infant ALL and that MRD diagnostics can be used for treatment intervention in infant ALL as well.
Abstract: PURPOSE: Germline mutations in DNA mismatch repair genes, mainly MLH1 or MSH2, have been shown to predispose with high penetrance for the development of the clinical phenotype of hereditary nonpolyposis colorectal cancer (Lynch syndrome). Here, we describe the discovery and first functional characterization of a novel germline MLH1 mutant allele. EXPERIMENTAL DESIGN: A large kindred including 54 potential carriers was investigated at the molecular level by using different types of PCR experiments, gene cloning, transfection studies, Western blot experiments, and mismatch repair assays to identify and characterize a novel MLH1 mutant allele. Twenty-two of 54 putative carriers developed colon cancer or other tumors, including breast cancer. RESULTS: The identified MLH1 mutant allele emerged from an interstitial deletion on chromosome 3p21.3, leading to an in-frame fusion of MLH1 (exons 1-11) with ITGA9 (integrin alpha 9; exons 17-28). The deleted area has a size of about 400 kb; codes for LRRFIP2 (leucine-rich repeat in flightless interaction protein 2), GOLGA4 (Golgi autoantigen, golgin subfamily a, 4), and C3orf35/APRG1 (chromosome 3 open reading frame 35/AP20 region protein 1); and partly disrupts the AP20 region implicated in major epithelial malignancies. Tumor cells lost their second MLH1 allele. The MLH1*ITGA9 fusion protein provides no capability for DNA mismatch repair. Murine fibroblasts, expressing a doxycycline-inducible MLH1*ITGA9 fusion gene, exhibit a loss-of-contact inhibition phenotype. CONCLUSIONS: This is the first description of a functional gene fusion of the human MLH1 gene, resulting in the loss of mismatch repair capabilities. The MLH1*ITGA9 fusion allele, together with deletions of the AP20 region, presumably defines a novel subclass of Lynch syndrome patients, which results in an extended tumor spectrum known from hereditary nonpolyposis colorectal cancer and Muir-Torre syndrome patients.
Abstract: Chromosomal rearrangements of the human MLL gene are associated with high-risk pediatric, adult and therapy-associated acute leukemias. These patients need to be identified, treated appropriately and minimal residual disease was monitored by quantitative PCR techniques. Genomic DNA was isolated from individual acute leukemia patients to identify and characterize chromosomal rearrangements involving the human MLL gene. A total of 760 MLL-rearranged biopsy samples obtained from 384 pediatric and 376 adult leukemia patients were characterized at the molecular level. The distribution of MLL breakpoints for clinical subtypes (acute lymphoblastic leukemia, acute myeloid leukemia, pediatric and adult) and fused translocation partner genes (TPGs) will be presented, including novel MLL fusion genes. Combined data of our study and recently published data revealed 104 different MLL rearrangements of which 64 TPGs are now characterized on the molecular level. Nine TPGs seem to be predominantly involved in genetic recombinations of MLL: AFF1/AF4, MLLT3/AF9, MLLT1/ENL, MLLT10/AF10, MLLT4/AF6, ELL, EPS15/AF1P, MLLT6/AF17 and SEPT6, respectively. Moreover, we describe for the first time the genetic network of reciprocal MLL gene fusions deriving from complex rearrangements.
Abstract: Acute leukemia is considered to be a two- or multiple-step process. Although there is a considerable knowledge regarding the character of the "first hit," the nature of the "second hit" remains unanswered in most of the cases including leukemias with MLL gene rearrangement. We demonstrate here a striking sequence of events, which include a covert, protracted preleukemic phase characterized by a dominant MLL/FOXO3A clone with intact myeloid differentiation and the subsequent acquisition of a secondary genetic abnormality, leading to overt lymphoblastic leukemia. Backtracking of the secondary acute lymphoblastic leukemia (sALL) with the MLL rearrangement showed no blasts in the bone marrow (BM) during the protracted preleukemic phase. However, at the same time (more than 1 year before the sALL diagnosis) the MLL/FOXO3A was present in up to 90% of BM cells including myeloid lineage, suggesting that the fusion arose in a multipotent progenitor. To identify potential "second hit" precipitating sALL we compared DNA in preleukemic versus fully leukemic samples. The analysis revealed a 10 Mb gain on 19q13.32 in the sALL, absent in the preleukemic specimen. These data provide insight into the dynamics of leukemogenesis in secondary leukemia with MLL rearrangement.
Abstract: ABSTRACT: BACKGROUND: Translocations of the Mixed Lineage Leukemia (MLL) gene occur in a subset (5%) of acute myeloid leukemias (AML), and in mixed phenotype acute leukemias in infancy - a disease with extremely poor prognosis. Animal model systems show that MLL gain of function mutations may contribute to leukemogenesis. Wild-type (wt) MLL possesses histone methyltransferase activity and functions at the level of chromatin organization by affecting the expression of specific target genes. While numerous MLL fusion proteins exert a diverse array of functions, they ultimately serve to induce transcription of specific genes. Hence, acute lymphoblastic leukemias (ALL) with MLL mutations (MLLmu) exhibit characteristic gene expression profiles including high-level expression of HOXA cluster genes. Here, we aimed to relate MLL mutational status and tumor suppressor gene (TSG) methylation/expression in acute leukemia cell lines. RESULTS: Using MS-MLPA (methylation-specific multiplex ligation-dependent probe amplification assay), methylation of 24 different TSG was analyzed in 28 MLLmu and MLLwt acute leukemia cell lines. On average, 1.8/24 TSG were methylated in MLLmu AML cells, while 6.2/24 TSG were methylated in MLLwt AML cells. Hypomethylation and expression of the TSG BEX2, IGSF4 and TIMP3 turned out to be characteristic of MLLmu AML cell lines. MLLwt AML cell lines displayed hypermethylated TSG promoters resulting in transcriptional silencing. Demethylating agents and inhibitors of histone deacetylases restored expression of BEX2, IGSF4 and TIMP3, confirming epigenetic silencing of these genes in MLLwt cells. The positive correlation between MLL translocation, TSG hypomethylation and expression suggested that MLL fusion proteins were responsible for dysregulation of TSG expression in MLLmu cells. This concept was supported by our observation that Bex2 mRNA levels in MLL-ENL transgenic mouse cell lines required expression of the MLL fusion gene. CONCLUSION: These results suggest that the conspicuous expression of the TSG BEX2, IGSF4 and TIMP3 in MLLmu AML cell lines is the consequence of altered epigenetic properties of MLL fusion proteins.
Abstract: MLL translocations in adult B-cell precursor (BCP) acute lymphoblastic leukemia (ALL) are largely restricted to the immature CD10(-) immunophenotypes. MLL-AF4 is known to be the most frequent fusion transcript, but the exact frequencies of MLL aberrations in CD10(-) adult BCP-ALL are unknown. We present a genetic characterization of 184 BCR-ABL(-) CD10(-) adult ALL cases (156 cyIg(-), 28 cyIg(+)) diagnosed between 2001 and 2007 at the central diagnostic laboratory of the GMALL study group. Patient samples were investigated by RT-PCR for MLL-AF4, MLL-ENL, and MLL-AF9 and by long-distance inverse polymerase chain reaction, thus also allowing the identification of unknown MLL fusion partners at the genomic level. MLL-AF4 was detected in 101 (54.9%) and MLL-ENL in 11 (6.0%) cases. In addition, rare MLL fusion genes were found: 2 MLL-TET1 cases, not previously reported in ALL, 1 MLL-AF9, 1 MLL-PTD, a novel MLL-ACTN4, and an MLL-11q23 fusion. Chromosomal breakpoints were determined in all 118 positive cases, revealing 2 major breakpoint cluster regions in the MLL gene. Characteristic features of MLL(+) patients were significantly lower CD10 expression, expression of the NG2 antigen, a higher white blood count at diagnosis, and female sex. Proposals are made for diagnostic assessment.
Abstract: Most cases of acute leukemia can be assigned to the myeloid, B or T lineage. There are rare cases of acute leukemia, which cannot be clearly classified, because either blasts express antigens of more than one lineage (acute biphenotypic leukemias) or distinct blast populations of two lineages co-exist (acute bilineal leukemias, aBLL). We present a 10-month-old infant with de novo aBLL, characterized by blasts of monocytic and B-cell precursor lineages. All leukemic cells harbored identical complex MLL gene rearrangement. Despite poor initial response, both to acute lymphoblastic leukemia (ALL) induction treatment and acute myeloid leukemia induction blocks, the child reached complete clinical remission with minimal residual disease negative status and was transplanted. Unfortunately, 16 months from HSCT the patient experienced BM relapse with all blasts characterized by pro-B-ALL immunophenotype. This case report illustrates that aBLL is a very aggressive type of acute leukemia that should be individually treated and monitored, particularly in children less than 1 year of age.
Abstract: PURPOSE: To identify risk factors for induction success and overall survival (OS) and relapse-free survival (RFS) and to evaluate the impact of allogeneic stem-cell transplantation (alloSCT) in adult patients up to 60 years old with acute myeloid leukemia (AML) and reciprocal translocations involving chromosome band 11q23 [t(11q23)]. PATIENTS AND METHODS: An individual patient data-based meta-analysis was performed on 180 adult patients with AML and t(11q23). These patients were identified by cytogenetics and/or molecular techniques and treated within eight prospective multicenter trials of the German AML Intergroup. The median follow-up time was 53 months. RESULTS: Complete remission rate was 71%. Favorable factors for induction success were the presence of a t(9;11), t(11q23) as a sole aberration, and de novo leukemia. OS rate at 4 years was 29%. Translocations other than t(9;11), platelets less than the median, secondary leukemia, and peripheral blasts greater than the median were adverse risk factors for OS. RFS rate at 4 years was 29%. The presence of a t(6;11) and peripheral blasts greater than the median had a negative impact on RFS. Three risk groups for OS and RFS could be defined by the combination of these factors with 4-year OS rates of 50%, 28%, and 5% and 4-year RFS rates of 37%, 26%, and 5%. An alloSCT from matched related or unrelated donors in first complete remission was beneficial, especially in t(6;11)-negative patients. CONCLUSION: Risk stratification of AML patients with reciprocal translocations of chromosome band 11q23 is feasible based on the translocation partner and clinical parameters.
Abstract: MLL aberrations are found in approximately 10% of acute leukemias. More than 80 different MLL fusion genes have been cytogenetically described but a significant number of MLL fusion partners remain unidentified on the molecular level. We describe here the case of a patient who developed secondary acute myeloid leukemia five years after the patient had received adjuvant radiochemotherapy because of breast cancer. This therapy comprised 4 cycles epirubicin/cyclophosphamide, a mitoxantrone-based high-dose chemotherapy with autologous stem cell transplantation and a subsequent radiation. Cytogenetic bone marrow analysis revealed a translocation t(11;14)(q23;q32), with a MLL split signal in FISH analysis. By applying a long-distance inverse PCR method the KIAA0284 gene was identified as translocation partner. Both breakpoints, on chromosomes 11 and 14, were characterized. The breakpoint in the KIAA0284 gene was located 5' of the putative start codon and an in-frame MLL-KIAA0284 transcript was detectable by RT-PCR. The KIAA0284 gene has hitherto not been implicated in hematologic diseases and has never been reported as a translocation partner. Its physiological function is unknown. The expression of KIAA0284 in various tissues and hematologic diseases was investigated by real time quantitative PCR and turned out to be very low in all lymphatic and myeloid diseases investigated.
Abstract: A new chromosomal insertion involving the MLL gene was detected by fluorescence in situ hybridization in a patient with acute myeloblastic leukemia (AML) and a t(9;11)(p21;q13). Genomic polymerase chain reaction confirmed the MLL-MLLT3 gene fusion. A review of the literature on MLL insertions shows that the opposite orientation of the genes involved in the fusion plays a role in the genesis of the rearrangement in most of the cases reported.
Abstract: Data on secondary acute lymphoblastic leukaemia (sALL) following ALL treatment are very rare. However, the incidence might be underestimated as sALLs without a significant lineage shift might automatically be diagnosed as relapses. Examination of immunoglobulin and T-cell receptor gene rearrangements brought a new tool that can help in discrimination between relapse and sALL. We focused on the recurrences of childhood ALL to discover the real frequency of the sALL after ALL treatment. We compared clonal markers in matched presentation and recurrence samples of 366 patients treated according to the Berlin-Frankfurt-Munster (BFM)-based protocols. We found two cases of sALL and another three, where the recurrence is suspicious of being sALL rather than relapse. Our proposal for the 'secondary ALL after ALL' diagnostic criteria is as follows: (A) No clonal relationship between diagnosis and recurrence; (B) significant immunophenotypic shift--significant cytogenetic shift--gain/loss of a fusion gene. For the sALL (A) plus at least one (B) criterion should be fulfilled. With these criteria, the estimated frequency of the sALL after ALL is according to our data 0.5-1.5% of ALL recurrences on BFM-based protocols. Finally, we propose a treatment strategy for the patients with secondary disease.
Abstract: The human mixed lineage leukemia (MLL) gene is frequently involved in genetic rearrangements with more than 55 different translocation partner genes, all associated with acute leukemia. Reciprocal chromosomal translocations generate two MLL fusion alleles, where 5'- and 3'-portions of MLL are fused to gene segments of given fusion partners. In case of t(4;11) patients, about 80% of all patients exhibit both reciprocal fusion alleles, MLL.AF4 and AF4.MLL, respectively. By contrast, 20% of all t(4;11) patients seem to encode only the MLL.AF4 fusion allele. Here, we analyzed these 'MLL.AF4(+)/AF4.MLL(-)' patients at the genomic DNA level to unravel their genetic situation. Cryptic translocations and three-way translocations were found in this group of t(4;11) patients. Reciprocal MLL fusions with novel translocation partner genes, for example NF-KB1 and RABGAP1L, were identified and actively transcribed in leukemic cells. In other patients, the reciprocal 3'-MLL gene segment was fused out-of-frame to PBX1, ELF2, DSCAML1 and FXYD6. The latter rearrangements caused haploinsufficiency of genes that are normally expressed in hematopoietic cells. Finally, patients were identified that encode only solitary 3'-MLL gene segments on the reciprocal allele. Based on these data, we propose that all t(4;11) patients exhibit reciprocal MLL alleles, but due to the individual recombination events, provide different pathological disease mechanisms.
Abstract: The aim of this study was to identify immunobiological subgroups in 133 infant acute lymphoblastic leukemia (ALL) cases as assessed by their immunophenotype, immunoglobulin (Ig) and T-cell receptor (TCR) gene rearrangement pattern, and the presence of mixed lineage leukemia (MLL) rearrangements. About 70% of cases showed the pro-B-ALL immunophenotype, whereas the remaining cases were common ALL and pre-B-ALL. MLL translocations were found in 79% of infants, involving MLL-AF4 (41%), MLL-ENL (18%), MLL-AF9 (11%) or another MLL partner gene (10%). Detailed analysis of Ig/TCR rearrangement patterns revealed IGH, IGK and IGL rearrangements in 91, 21 and 13% of infants, respectively. Cross-lineage TCRD, TCRG and TCRB rearrangements were found in 46, 17 and 10% of cases, respectively. As compared to childhood precursor-B-ALL, Ig/TCR rearrangements in infant ALL were less frequent and more oligoclonal. MLL-AF4 and MLL-ENL-positive infants demonstrated immature rearrangements, whereas in MLL-AF9-positive leukemias more mature rearrangements predominated. The immature Ig/TCR pattern in infant ALL correlated with young age at diagnosis, CD10 negativity and predominantly with the presence and the type of MLL translocation. The high frequency of immature and oligoclonal Ig/TCR rearrangements is probably caused by early (prenatal) oncogenic transformation in immature B-lineage progenitor cells with germline Ig/TCR genes combined with a short latency period.
Abstract: Translocations involving the mixed-lineage leukemia gene (MLL) confer a poor prognosis in acute leukemias. In t(1;11)(q21;q23), MLL is fused reciprocally with AF1q. Here we describe a t(1;11)(q21;q23) with a secondary event involving insertion of the telomeric portion of MLL into the p arm of chromosome 11 (11p11). We show that this latter event interrupts the CUG triplet repeat binding protein-1 (CUGBP1) gene, a translational enhancer of C/EBPbeta. We then showed that these cells have reduced expression of CUGBP1 and C/EBPbeta when compared to other AML blasts. This is the first report to describe insertional disruption of the CUGBP1 gene and to suggest a role for the CUGBP1-C/EBPbeta pathway in leukemogenesis.
Abstract: Genomic DNA is the optimal resource to analyze questions concerning genetic changes that are related to oncogenesis. This article tries to summarize recent efforts to analyze chromosomal changes that trigger the development of human acute myeloid and lymphoblastic leukemias. The aim of this study was to establish an universal method that enables the identification and characterization of chromosomal translocations of the human MLL gene at the genomic nucleotide level. Chromosomal translocations of the MLL gene are the result of illegitimate recombination events in hematopoietic stem or precursor cells, strictly associated with the onset of highly malignant leukemic diseases. The applied technology was able to identify specific fusion alleles that were generated by chromosomal translocations, chromosomal deletions, chromosomal inversions and partial tandem duplications. Moreover, it allowed us to investigate even highly complex genetic changes by applying systematic breakpoint analyses. On the basis of these analyses, patient-specific molecular markers were established that turned out to be a very good source for monitoring minimal residual disease (MRD). MRD analyses control the efficiency and efficacy of current treatment protocols and have become a very sensitive molecular tool to monitor therapeutic success or failure in individual leukemia patients.
Abstract: Chromosomal rearrangements of the human MLL gene are a hallmark for aggressive (high-risk) pediatric, adult and therapy-associated acute leukemias. These patients need to be identified in order to subject these patients to appropriate therapy regimen. A recently developed long-distance inverse PCR method was applied to genomic DNA isolated from individual acute leukemia patients in order to identify chromosomal rearrangements of the human MLL gene. We present data of the molecular characterization of 414 samples obtained from 272 pediatric and 142 adult leukemia patients. The precise localization of genomic breakpoints within the MLL gene and the involved translocation partner genes (TPGs) was determined and several new TPGs were identified. The combined data of our study and published data revealed a total of 87 different MLL rearrangements of which 51 TPGs are now characterized at the molecular level. Interestingly, the four most frequently found TPGs (AF4, AF9, ENL and AF10) encode nuclear proteins that are part of a protein network involved in histone H3K79 methylation. Thus, translocations of the MLL gene, by itself coding for a histone H3K4 methyltransferase, are presumably not randomly chosen, rather functionally selected.
Abstract: An estimated 10% of acute leukemias carry mixed-lineage leukemia (MLL) fusion genes. Approximately 50 different fusion partners of the MLL gene have already been molecularly identified. These leukemias are commonly regarded as high-risk cases and are treated accordingly with intensified therapy regimens, including hematopoietic stem cell transplantation. However, a subset of patients may achieve long-term remissions with conventional therapy. Monitoring minimal residual disease (MRD) is undoubtedly of great value in clinical decision making, also in the pre- and post-transplant setting. Here, we describe a novel method for detecting MRD in leukemias with MLL aberrations. The method is based on monitoring patient-specific chromosomal breakpoint DNA sequences. This has several advantages over other methods that are based either on detecting specific RNA molecules of MLL fusion genes or on surrogate markers. An accurate and absolute quantification of the MRD level is possible. No reference to housekeeping genes is necessary and the target structure is much more stable than any mRNA fusion transcript.
Abstract: BACKGROUND: While there is enough convincing evidence in childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL), the data on the pre-natal origin in childhood acute myeloid leukemia (AML) are less comprehensive. Our study aimed to screen Guthrie cards (neonatal blood spots) of non-infant childhood AML and ALL patients for the presence of their respective leukemic markers. METHODS: We analysed Guthrie cards of 12 ALL patients aged 2-6 years using immunoglobulin (Ig) and T-cell receptor (TCR) gene rearrangements (n = 15) and/or intronic breakpoints of TEL/AML1 fusion gene (n = 3). In AML patients (n = 13, age 1-14 years) PML/RARalpha (n = 4), CBFbeta/MYH11 (n = 3), AML1/ETO (n = 2), MLL/AF6 (n = 1), MLL/AF9 (n = 1) and MLL/AF10 (n = 1) fusion genes and/or internal tandem duplication of FLT3 gene (FLT3/ITD) (n = 2) were used as clonotypic markers. Assay sensitivity determined using serial dilutions of patient DNA into the DNA of a healthy donor allowed us to detect the pre-leukemic clone in Guthrie card providing 1-3 positive cells were present in the neonatal blood spot. RESULTS: In 3 patients with ALL (25%) we reproducibly detected their leukemic markers (Ig/TCR n = 2; TEL/AML1 n = 1) in the Guthrie card. We did not find patient-specific molecular markers in any patient with AML. CONCLUSION: In the largest cohort examined so far we used identical approach for the backtracking of non-infant childhood ALL and AML. Our data suggest that either the prenatal origin of AML is less frequent or the load of pre-leukemic cells is significantly lower at birth in AML compared to ALL cases.
Abstract: PURPOSE: Mixed lineage leukemia (MLL) abnormalities occur in approximately 50% of childhood pro-B acute lymphoblastic leukemia (ALL). However, the incidence and type of MLL rearrangements have not been determined in common ALL (cALL) and CD10+ or CD10- pre-B ALL. EXPERIMENTAL DESIGN: To address this question, we analyzed 29 patients with pro-B ALL, 11 patients with CD10- pre-B ALL, 23 pre-B, and 26 cALL patients with CD10 on 20% to 80%, as well as 136 pre-B and 143 cALL patients with CD10 > or = 80% of blasts. They were all enrolled in four Austrian ALL multicenter trials. Conventional cytogenetics were done to detect 11q23 abnormalities and in parallel the potential involvement of the MLL gene was evaluated with a split apart fluorescence in situ hybridization probe set. RESULTS: We found that 15 of 29 pro-B ALL, 7 of 11 CD10- pre-B ALL, and 1 of 2 French-American-British classification L1 mature B-cell leukemia cases had a MLL rearrangement. However, no 11q23/MLL translocation was identified among the CD10+ pre-B and cALL patients. MLL-rearranged pro-B and CD10- pre-B ALL cases had similar clinical and immunophenotypic (coexpression of CDw65 and CD15) features at initial diagnosis. CONCLUSIONS: The striking similarities between the two CD10- ALL subsets imply that CD10- pre-B ALL variants may represent pro-B ALL cases that maintained the propensity to rearrange and express their immunoglobulin heavy chain rather than actual pre-B ALL forms transformed at this later stage of B-cell differentiation. However, direct experimental data are needed to confirm this observation.
Abstract: The majority of translocations that involve the long arms of chromosomes 11 and 17 in acute myeloid leukemia appear identical on the cytogenetic level. Nevertheless, they are diverse on the molecular level. At present, two genes are known in 11q23 and four in 17q12-25 that generate five distinct fusion genes: MLL-MLLT6/AF17, MLL-LASP1, MLL-ACACA or MLL-SEPT9/MSF, and ZBTB16/PLZF-RARA. We analyzed 14 cases with a t(11;17) by fluorescence in situ hybridization and molecular genetic techniques and determined the molecular characteristics of their fusion genes. We identified six different gene fusions that comprised seven cases with a MLL-MLLT6/AF17, three with a MLL-SEPT9/MSF, and one each with MLL-LASP1, MLL-ACACA, and ZBTB16/PLZF-RARA fusions. In the remaining case, a MLL-SEPT6/Xq24 fusion suggested a complex rearrangement. The MLL-MLLT6/AF17 transcripts were extremely heterogeneous and the detection of seven different in-frame transcript and splice variants enabled us to predict the protein domains relevant for leukemogenesis. The putative MLL-MLLT6 consensus chimeric protein consists of the AT-hook DNA-binding, the methyltransferase, and the CXXC zinc-finger domains of MLL and the highly conserved octapeptide and the leucine-zipper dimerization motifs of MLLT6. The MLL-SEPT9 transcripts showed a similar high degree of variability. These analyses prove that the diverse types of t(11;17)-associated fusion genes can be reliably identified and delineated with a proper combination of cytogenetic and molecular genetic techniques. The heterogeneity of transcripts encountered in cases with MLL-MLLT6/AF17 and MLL-SEPT9/MSF fusions clearly demonstrates that thorough attention has to be paid to the appropriate selection of primers to cover all these hitherto unrecognized fusion variants.
Abstract: Approximately 50 different chromosomal translocations of the human MLL gene are currently known and associated with high-risk acute leukemia. The large number of different MLL translocation partner genes makes a precise diagnosis a demanding task. After their cytogenetic identification, only the most common MLL translocations are investigated by RT-PCR analyses, whereas infrequent or unknown MLL translocations are excluded from further analyses. Therefore, we aimed at establishing a method that enables the detection of any MLL rearrangement by using genomic DNA isolated from patient biopsy material. This goal was achieved by establishing a universal long-distance inverse-PCR approach that allows the identification of any kind of MLL rearrangement if located within the breakpoint cluster region. This method was applied to biopsy material derived from 40 leukemia patients known to carry MLL abnormalities. Thirty-six patients carried known MLL fusions (34 with der(11) and 2 with reciprocal alleles), whereas 3 patients were found to carry novel MLL fusions to ACACA, SELB, and SMAP1, respectively. One patient carried a genomic fusion between MLL and TIRAP, resulting from an interstitial deletion. Because of this interstitial deletion, portions of the MLL and TIRAP genes were deleted, together with 123 genes located within the 13-Mbp interval between both chromosomal loci. Therefore, this previously undescribed diagnostic tool has been proven successful for analyzing any MLL rearrangement including previously unrecognized partner genes. Furthermore, the determined patient-specific fusion sequences are useful for minimal residual disease monitoring of MLL associated acute leukemias.
Abstract: About this book:
Recent advances in molecular and cellular biology techniques have significantly improved our ability to detect, monitor, model and study the underlying molecular basis and pathogenesis of leukemia, yet we are still in an early discovery stage and much more work is needed in order to develop better strategies to diagnose, classify and treat this biologically and clinically diverse disease. In Leukemia: Methods and Protocols, expert researchers bring together a wide range of state-of-the-art laboratory methods and detailed protocols that are useful for both clinical and basic research scientists working on the disease. The volume provides techniques for prenatal backtracking of leukemic clone, molecular diagnosis, detection of genome-wide genetic abnormalities and profiling, identification of unknown fusion genes, monitoring of minimal residual diseases, disease modeling using murine and human primary hematopoietic cells, studying of normal and malignant hematopoiesis, identification of interacting partners with leukemia associated oncoproteins, and global characterization of genome-wide epigenetic changes in leukemic cells. Written in the highly successful Methods in Molecular Biologyâ„¢ series format, the convenient chapters contain brief introductions, lists of the necessary materials, step-by-step, readily reproducible protocols, and notes on troubleshooting and avoiding known pitfalls.
Abstract: Um zehn Uhr morgens nimmt Claus Meyer das kleine Paket mit der Aufschrift „Eilig“ entgegen. Es ist der Moment, in dem der Wettlauf um das Leben der kleinen Natalie Rozier (Name geändert) in die entscheidende Phase geht. Das vier Monate alte Mädchen aus Frankreich hat Leukämie.
Das Paket enthält ein kleines Plastikgefäß mit einer DNA-Probe von Natalie. Ihre Ärzte haben das Erbgut aus einer Blutprobe gewonnen und ans Frankfurter Mainufer geschickt. Das dort angesiedelte Diagnostische Zentrum für Akute Leukämie (DCAL) der Goethe-Universität bietet weltweit die einzige Möglichkeit, Natalies Krankheit exakt zu diagnostizieren. Ihre Ärzte in Frankreich warten dringend auf das Ergebnis. Denn Leukämien bei Kleinkindern sind in 80 Prozent der Fälle tödlich. Man kennt mehr als hundert Arten des Blutkrebses – und je mehr die Ärzte über die individuelle Form wissen, desto besser sind die Heilungschancen.
Zehn Kilometer entfernt, im Biozentrum Frankfurt auf dem Campus Riederberg, wurde der Test entwickelt. Die Arbeitsgruppe von Rolf Marschalek hat den Ärzten im Ringen um das Leben von kleinen Kindern damit einen großen Dienst erwiesen. „Zu uns nach Frankfurt werden inzwischen Proben aus Brasilien, China, Südkorea und Australien gesandt“, berichtet Marschalek. Seine Gruppe bietet allen Ärzten weltweit an, das Erbgut von Leukämie-Kranken kostenlos zu analysieren. „Damit haben auch ärmere Länder oder Institutionen die Chance auf die bestmögliche Diagnose“, sagt Marschalek.
Finanziert wird das DCAL von der Frankfurter Universität, dem Land Hessen und der Deutschen Krebshilfe. Die europäischen Leukämiezentren haben sich verpflichtet, DNA ihrer Patienten in die Uniklinik am Main zu schicken, um den Kranken eine optimale Therapie zu ermöglichen.
Marschalek geht durch seine Laborräume. Studenten und Doktoranden arbeiten konzentriert. Die gesamte Arbeitsgruppe widmet sich der Erforschung und Bekämpfung von Leukämie. Ebenso das angeschlossene DCAL, wo Claus Meyer sich als Laborleiter um die Diagnostik kümmert.
Aus dem Altgriechischen übersetzt bedeutet Leukämie weißes Blut. „Das Blut der Patienten ist weiß, weil die weißen Blutkörperchen sich unkontrolliert vermehren“, erläutert Marschalek. Die weißen Blutkörperchen verdrängen die roten Blutkörperchen, die alle Organe mit Sauerstoff versorgen. Die Erkrankten sind dadurch blass und schwach. Auch die für die Blutgerinnung notwendigen Thrombozyten werden von den entarteten Zellen überwuchert. Ohne Behandlung ersticken oder verbluten Menschen mit einer akuten Leukämie innerlich binnen weniger Wochen.
Kürzlich gab es eine spektakuläre Erfolgsmeldung aus den USA, die Blutkrebsforscher aufhorchen ließ. Wissenschaftlern der University of Pennsylvania ist es gelungen, bei drei Erwachsenen eine chronische Leukämie zu heilen. Sie entnahmen den Patienten einen Typ der weißen Blutkörperchen, T-Zellen genannt, und veränderten sie im Reagenzglas. Die genetische Veränderung bewirkte, dass die T-Zellen fortan andere weiße Blutkörperchen für Feinde halten und sie vernichten. Zurück im Körper der Leukämie-Kranken vernichteten die veränderten T-Zellen tatsächlich die entarteten weißen Blutkörperchen. Eine veränderte T-Zelle tötete durchschnittlich tausend Krebszellen.
Marschalek hält den Ansatz für hochinteressant. „Allerdings muss sich erst noch in Untersuchungen mit mehr Teilnehmern zeigen, ob diese Therapieform tatsächlich wirksam ist“, gibt der Forscher zu bedenken. Zudem wurde das Verfahren für die akuten Leukämien, die vor allem Kinder betreffen, noch nicht getestet. Akute Leukämien treten plötzlich auf und verlaufen viel schneller als chronische (siehe Kasten). „Sobald die Therapie auch für akute Formen zur Verfügung steht, können wir mit unserem Diagnoseverfahren untersuchen, ob sie wirkt“, sagt Marschalek.
Doch das könnte noch einige Jahre dauern und bis dahin wird die einzige Hoffnung für die Patienten eine hoch dosierte Chemotherapie sein, die Krebszellen abtötet. Die Krux daran: Tauchen die Krebszellen wieder auf, etwa weil sie resistent gegen die eingesetzten Medikamente sind, können sie sich umso besser vermehren. Denn die restlichen Blutzellen wurden durch die Chemotherapie vernichtet.
Am Tag eins nach dem Eintreffen von Natalies DNA-Probe melden sich die Ärzte des kleinen Mädchen per E-Mail. Sie wollen wissen, ob das Testergebnis bereits vorliegt. Die junge Patientin soll ihre erste Chemotherapie bekommen, um die Krebszellen abzutöten. Letztendlich geht es darum, ob der aggressive Krebs bei Natalie geheilt werden kann oder ob er zurückkommen wird.
Die Ursache von Leukämien sind Fehler im Erbgut. Jede Zelle des Menschen hat 46 Chromosomen, auf denen hintereinander jeweils mehrere hundert oder Tausende von Genen liegen. Jeder Krebsart liegen Mutationen zugrunde, Veränderungen des Erbguts. Bei Leukämien entstehen diese in den Zellen, aus denen sich Blutzellen entwickeln. Marschalek erforscht die lymphatische Form, das heißt diejenige, bei der Vorläuferzellen der Lymphozyten sich ungebremst vermehren. Lymphozyten bilden sozusagen das Rückgrat der Immunabwehr. Lymphatische Leukämien sind die häufigste Krebserkrankung bei Kindern.
Fast immer ist bei Blutkrebs ein Teil zwischen zwei Chromosomen vertauscht. „Manchmal brechen zwei Stücke ab. Sie werden dann vom körpereigenen Reparatursystem falsch wieder angebaut“, sagt Marschalek. In solchen Fällen können neue Gene entstehen, bestehend aus zwei Abschnitten, die eigentlich zu zwei verschiedenen Erbanlagen gehören (siehe Foto).
Diese Misch-Gene können Krebs verursachen. Der Verlauf der Leukämie ist unterschiedlich schwer, je nachdem, welche Misch-Gene entstehen. Im DCAL wird identifiziert, welches Misch-Gen die Patienten aufweisen. Bereits 40 neue Formen haben die Forscher um Meyer und Marschalek entdeckt.
Sobald das Ergebnis vorliegt haben die behandelnden Ärzte eine Art Lupe in der Hand, mit der sie bei den Erkrankten auch kleinste Mengen von Tumorzellen finden können. Denn dank der genauen Bestimmung der Misch-Genvariante ist es möglich DNA-Sonden herzustellen, die die Tumorzellen im Blut aufspüren und sich an sie binden. Das klappt selbst dann, wenn sich in einer Blutprobe nur eine einzige Krebszelle befindet. So merken die Ärzte früh, ob sich bei einem äußerlich noch gesunden Patienten ein Rückfall zusammenbraut – entsprechend ändern sie den Therapieplan.
Tag zwei nach dem Eintreffen der Probe in Frankfurt. Die DNA von Natalie ist analysiert. Claus Meyer kann eine gute Nachricht nach Frankreich durchgeben. Das Mädchen hat ein bekanntes Misch-Gen mit dem Namen MLL-AF9. Mit dieser Variante haben die Patienten eine Überlebenschance von 40 Prozent – das ist bei akuten lymphatischen Leukämien eine gute Situation. Bei den meisten Chromosomen-Mutationen ist die Wahrscheinlichkeit, mit dem Leben davonzukommen, viel geringer.
Das will Marschalek ändern. Er arbeitet an einem Medikament gegen die gefährlichste aller Misch-Gen-Varianten: MLL-AF4. Bislang ist ihre Diagnose so etwas wie ein Todesurteil. Es sind zumeist Säuglinge, die daran erkranken. 85 Prozent der Kinder sterben innerhalb von fünf Jahren. Die meisten überleben nicht einmal das erste Jahr der Therapie. Diese aggressivste aller Leukämien untersucht Marschalek auf molekularer Ebene.
Von einer anderen, einer chronischen Art der Leukämie weiß man, dass die Fusionsproteine Enzyme sein können, die normalerweise abgeschaltet sind. Sie werden lediglich zur Zellvermehrung aktiviert. Die durch Fusion veränderten Enzyme lassen sich jedoch nicht mehr abschalten – die Zellen teilen sich ungebremst.
Für diese Leukämie gibt es inzwischen ein Medikament, das das dauerhaft aktive Enzym hemmt. „Bei den akuten lymphatischen Leukämien scheinen die Zusammenhänge komplizierter zu sein, aber unser Ziel ist, das zusammengesetzte Molekül auch bei diesen Patienten zu hemmen“, sagt Marschalek. „Dann könnten wir wohl auch diese Art der Leukämie besiegen.“
Natalie gehört zu den glücklichen Kindern, bei denen die Chemotherapie Wirkung zeigt. Die Krebszellen sind mit der molekularen Lupe nicht mehr nachweisbar, zeigen Tests nach wenigen Wochen. Das Mädchen wird wohl im nächsten Sommer im Sand spielen, herumtoben, lachen und weinen wie andere Kinder in seinem Alter. Natalie hat gute Chancen, ein ganz normales Leben zu führen.
Abstract: Um zehn Uhr morgens nimmt Claus Meyer das kleine Paket mit der Aufschrift "Eilig" entgegen. Es ist der Moment, in dem der Wettlauf um das Leben der kleinen Natalie Rozier (Name geändert) in die entscheidende Phase geht. Das vier Monate alte Mädchen aus Frankreich hat Leukämie.
Das Paket enthält ein kleines Plastikgefäß mit einer DNA-Probe von Natalie. Ihre Ärzte haben das Erbgut aus einer Blutprobe gewonnen und ans Frankfurter Mainufer geschickt. Das dort angesiedelte Diagnostische Zentrum für Akute Leukämie (DCAL) der Goethe-Universität bietet weltweit die einzige Möglichkeit, Natalies Krankheit exakt zu diagnostizieren. Ihre Ärzte in Frankreich warten dringend auf das Ergebnis. Denn Leukämien bei Kleinkindern sind in 80 Prozent der Fälle tödlich. Man kennt mehr als hundert Arten des Blutkrebses – und je mehr die Ärzte über die individuelle Form wissen, desto besser sind die Heilungschancen.
Proben aus aller Welt
Zehn Kilometer entfernt, im Biozentrum Frankfurt auf dem Campus Riederberg, wurde der Test entwickelt. Die Arbeitsgruppe von Rolf Marschalek hat den Ärzten im Ringen um das Leben von kleinen Kindern damit einen großen Dienst erwiesen. "Zu uns nach Frankfurt werden inzwischen Proben aus Brasilien, China, Südkorea und Australien gesandt", berichtet Marschalek. Seine Gruppe bietet Ärzten weltweit an, das Erbgut von Leukämie-Kranken kostenlos zu analysieren. Finanziert wird das DCAL von der Frankfurter Universität, dem Land Hessen und der Deutschen Krebshilfe. Die europäischen Leukämiezentren haben sich verpflichtet, DNA ihrer Patienten in die Uniklinik am Main zu schicken, um den Kranken eine optimale Therapie zu ermöglichen.
Aus dem Altgriechischen übersetzt bedeutet Leukämie weißes Blut. "Weil sich die weißen Blutkörperchen unkontrolliert vermehren, ist das Blut der Patienten weiß", erläutert Marschalek. Die weißen Blutkörperchen verdrängen die roten Blutkörperchen, die alle Organe mit Sauerstoff versorgen. Die Erkrankten sind dadurch blass und schwach. Auch die für die Blutgerinnung notwendigen Thrombozyten werden von den entarteten Zellen überwuchert. Ohne Behandlung ersticken oder verbluten Menschen mit einer akuten Leukämie innerlich binnen weniger Wochen.
Wissenschaftlern ist es gelungen chronische Leukämie zu heilen
Kürzlich gab es eine spektakuläre Erfolgsmeldung aus den USA, die Blutkrebsforscher aufhorchen ließ. Wissenschaftlern der University of Pennsylvania ist es gelungen, bei drei Erwachsenen eine chronische Leukämie zu heilen. Sie entnahmen den Patienten einen Typ der weißen Blutkörperchen, T-Zellen genannt, und veränderten sie im Reagenzglas. Die genetische Veränderung bewirkte, dass die T-Zellen fortan andere weiße Blutkörperchen für Feinde halten und sie vernichten. Zurück im Körper der Leukämie-Kranken vernichteten die veränderten T-Zellen tatsächlich entartete weiße Blutkörperchen.
Eine veränderte T-Zelle tötete im Schnitt tausend Krebszellen. Marschalek hält den Ansatz für hochinteressant. "Allerdings muss sich erst noch in Untersuchungen mit mehr Teilnehmern zeigen, ob diese Therapieform tatsächlich wirksam ist", gibt der Forscher zu bedenken. Zudem wurde das Verfahren für die akuten Leukämien, die vor allem Kinder betreffen, noch nicht getestet. Akute Leukämien treten plötzlich auf und verlaufen viel schneller als chronische (siehe Kasten). "Sobald die Therapie auch für akute Formen zur Verfügung steht, können wir mit unserem Diagnoseverfahren untersuchen, ob sie wirkt", sagt Marschalek.
Doch das könnte noch einige Jahre dauern und bis dahin wird die einzige Hoffnung für die Patienten eine hoch dosierte Chemotherapie sein, die Krebszellen abtötet. Die Krux daran: Tauchen die Krebszellen wieder auf, etwa weil sie resistent gegen die eingesetzten Medikamente sind, können sie sich umso besser vermehren. Denn die restlichen Blutzellen wurden durch die Chemotherapie vernichtet.
Am Tag eins nach dem Eintreffen von Natalies DNA-Probe melden sich die Ärzte des kleinen Mädchen per E-Mail. Sie wollen wissen, ob das Testergebnis bereits vorliegt. Die Patientin soll ihre erste Chemotherapie bekommen, um die Krebszellen abzutöten. Letztendlich geht es darum, ob der aggressive Krebs bei Natalie geheilt werden kann oder ob er zurückkommen wird.
Fehler im Erbgut
Die Ursache von Leukämien sind Fehler im Erbgut. Jede Zelle des Menschen hat 46 Chromosomen, auf denen hintereinander jeweils mehrere hundert oder Tausende von Genen liegen. Jeder Krebsart liegen Mutationen zugrunde, Veränderungen des Erbguts. Bei Leukämien entstehen diese in den Zellen, aus denen sich Blutzellen entwickeln. Marschalek erforscht die lymphatische Form, das heißt diejenige, bei der Vorläuferzellen der Lymphozyten sich ungebremst vermehren. Lymphozyten bilden sozusagen das Rückgrat der Immunabwehr. Lymphatische Leukämien sind die häufigste Krebserkrankung bei Kindern.
Fast immer ist bei Blutkrebs ein Teil zwischen zwei Chromosomen vertauscht. "Manchmal brechen zwei Stücke ab. Sie werden dann vom körpereigenen Reparatursystem falsch wieder angebaut", sagt Marschalek. In solchen Fällen können neue Gene entstehen, bestehend aus zwei Abschnitten, die eigentlich zu zwei verschiedenen Erbanlagen gehören (siehe Foto unten).
Diese Misch-Gene können Krebs verursachen. Der Verlauf der Leukämie ist unterschiedlich schwer, je nachdem, welche Misch-Gene entstehen. Im DCAL wird identifiziert, welches Misch-Gen die Patienten aufweisen. Bereits 40 neue Formen haben die Forscher um Meyer und Marschalek entdeckt.
Sobald das Ergebnis vorliegt, haben die behandelnden Ärzte eine Art Lupe in der Hand, mit der sie bei den Erkrankten auch kleinste Mengen von Tumorzellen finden können. Denn dank der genauen Bestimmung der Misch-Genvariante ist es möglich DNA-Sonden herzustellen, die die Tumorzellen im Blut aufspüren und sich an sie binden. Das klappt selbst dann, wenn sich in einer Blutprobe nur eine einzige Krebszelle befindet. So merken die Ärzte früh, ob sich bei einem äußerlich noch gesunden Patienten ein Rückfall zusammenbraut – entsprechend ändern sie den Therapieplan.
Tag zwei nach dem Eintreffen der Probe in Frankfurt. Die DNA von Natalie ist analysiert. Claus Meyer kann eine gute Nachricht nach Frankreich durchgeben. Das Mädchen hat ein bekanntes Misch-Gen mit dem Namen MLL-AF9. Mit dieser Variante haben die Patienten eine Überlebenschance von 40 Prozent – das ist bei akuten lymphatischen Leukämien eine gute Situation. Bei den meisten Chromosomen-Mutationen ist die Wahrscheinlichkeit, mit dem Leben davonzukommen, viel geringer.
Das will Marschalek ändern. Er arbeitet an einem Medikament gegen die gefährlichste aller Misch-Gen-Varianten: MLL-AF4. Bislang ist ihre Diagnose so etwas wie ein Todesurteil. Es sind zumeist Säuglinge, die daran erkranken. 85 Prozent der Kinder sterben innerhalb von fünf Jahren. Die meisten überleben nicht einmal das erste Jahr der Therapie. Diese aggressivste aller Leukämien untersucht Marschalek auf molekularer Ebene.
Krankhaft aktive Enzyme
Von einer anderen, einer chronischen Art der Leukämie weiß man, dass die Fusionsproteine Enzyme sein können, die normalerweise abgeschaltet sind. Sie werden lediglich zur Zellvermehrung aktiviert. Die durch Fusion veränderten Enzyme lassen sich jedoch nicht mehr abschalten – die Zellen teilen sich ungebremst.
Für diese Leukämie gibt es inzwischen ein Medikament, das das dauerhaft aktive Enzym hemmt. "Bei den akuten lymphatischen Leukämien scheinen die Zusammenhänge komplizierter zu sein, aber unser Ziel ist, das zusammengesetzte Molekül auch bei diesen Patienten zu hemmen", sagt Marschalek. "Dann könnten wir wohl auch diese Art der Leukämie besiegen."
Natalie gehört zu den glücklichen Kindern, bei denen die Chemotherapie Wirkung zeigt. Die Krebszellen sind mit der molekularen Lupe nicht mehr nachweisbar, zeigen Tests nach wenigen Wochen. Das Mädchen wird wohl im nächsten Sommer im Sand spielen, herumtoben, lachen und weinen wie andere Kinder. Natalie hat gute Chancen, ein ganz normales Leben zu führen.
Abstract: Dr. Claus Meyer hat bis 1994 in Emden Chemieingenieurwesen studiert. Seine Doktorarbeit an der Goethe-Universität in Frankfurt legte mit einer erstmalig auf eine spezielle Form der Leukämie angewandten Untersuchungsmethode den Grundstein für das „Diagnostic Center of Acute Leukemia“ (DCAL), das er nun an der Goethe-Universität Frankfurt leitet.
Abstract: Auf der Spur einer tückischen Krankheit
Das Frankfurter Leukämie-Diagnostikzentrum genießt weltweit einen exzellenten Ruf
Die Diagnose ist niederschmetternd: Leukämie, Blutkrebs. Jahr für Jahr trifft sie Tausende Menschen. Wissenschaftler der Frankfurter Johann Wolfgang Goethe-Universität erforschen eine seltene, aber besonders aggressive Form der Krankheit. Sie suchen gezielt nach Auslösern von akuter Leukämie, um daraus bessere Therapien abzuleiten.
Frankfurt am Main (pia) Das seit 2005 bestehende "Diagnostikzentrum für Akute Leukämie" (DCAL) genießt weltweit einen exzellenten Ruf als Referenzzentrum für Hochrisikoleukämien. Die Frankfurter Wissenschaftler um die Professoren Rolf Marschalek, Theo Dingermann und Thomas Klingebiel sind spezialisiert auf die Diagnose von Leukämieformen, bei der ganze Chromosomenstücke ihren Platz tauschen. "Zwei Chromosomen brechen auseinander, verbinden ihre losen Enden überkreuz miteinander, so dass jedes ein Teil des Erbguts des anderen erhält", erläutert DCAL-Leiter Dr. Claus Meyer die Translokation genannte genetische Veränderung. Es entsteht ein neues Gen, dessen Eiweiß die Zelle verändert und entarten lässt. Sie teilt sich permanent. Die Folge ist Blutkrebs.
Besonders betroffen sind die Kleinen
Besonders oft tritt eine der gefährlichen Formen bei Babys und Kleinkindern auf. Jedes Jahr erkranken in Deutschland rund 60 Kinder, weltweit sind es etwa 2000. Dazu kommen zahlreiche Erwachsene. Die Heilungschancen liegen bei geringen 30 bis 50 Prozent. Gerade das Schicksal der jüngsten Patienten spornt das DCAL-Team an. Tag für Tag untersuchen Meyer und seine Kollegen an der Uniklinik Frankfurt Proben mit speziell eingelagertem DNA-Material von Leukämiepatienten, das Mediziner aus dem In- und Ausland an den Main schicken. Ihnen liefert das Diagnostikzentrum Aufschluss darüber, an welcher Stelle das Erbgut durcheinandergeraten ist. Heilung bringt dies zwar nicht, aber die Ärzte können anhand der DCAL-Diagnose die belastende Chemotherapie für jeden einzelnen Patienten optimieren.
Molekularer Fingerabdruck
Die Wissenschaftler spüren in wenigen Tagen mit einer am Diagnostikzentrum entwickelten Methode die exakten Bruchstellen an den Chromosomen und die falsch zusammengefügten DNA-Stücke auf. Hinweise auf die Fehler liefern unter anderem bestimmte Anhaltspunkte im Blut. Am Ende beschreibt die Analyse ein für den Kranken typisches, einzigartiges Muster, "einen Marker in Form einer Buchstabenfolge", so Meyer. Den in Frankfurt gewonnenen molekularen Fingerabdruck schickt der Chemieingenieur per Mail an seine Kollegen in den Krankenhäusern zurück. Die Mediziner dort nutzen die Erkenntnisse zur Kontrolle des Behandlungsverlaufs. Der "Test auf minimale Resterkrankung" hilft, das Wiederauftauchen der tückischen Krankheit sehr früh zu erkennen. Das gelingt dank des extrem empfindlichen Markers bereits bei kleinsten Mengen an Tumorzellen. Meyer: "Mit ihm ist sogar noch eine einzige entartete Zelle unter 150.000 gesunden zuverlässig nachweisbar." Die Behandlung kann entsprechend angepasst werden – je schneller, desto besser. Die Zahl der verbliebenen Krebszellen gilt laut Professor Marschalek inzwischen als wichtigster Hinweis zu einer Überlebensaussage für Blutkrebspatienten.
Das DNA-Material kommt aus der ganzen Welt nach Frankfurt
Die leistungsfähige Methode ist mittlerweile internationaler medizinischer Standard. Seit 2009 überwachen alle europäischen Studiengruppen ihre Leukämiepatienten mit Hilfe des Testverfahrens. Diagnostikzentren unter anderem aus den Niederlanden, Großbritannien, Italien und Tschechien schicken bei Verdacht auf akute Leukämie ihr Material zur Feinuntersuchung an den Main. Am häufigsten vertrauen französische und deutsche Kliniken auf die Kompetenz der Frankfurter Wissenschaftler. Kleine Plastikgefäße mit DNA-Material kommen aber auch aus Argentinien, Australien, Brasilien, Israel, Italien, Korea, Schweden, Russland oder der Schweiz.
Kostenlose Analyse
"Wir sind mit rund 300 Untersuchungen pro Jahr ausgelastet", berichtet Claus Meyer, der das Zentrum seit dessen Gründung leitet. Seit 2005 bekamen rund 1700 Menschen Gewissheit über ihre Krankheit, für 1100 war die Diagnose positiv. Die Analyse ist kostenlos. "Damit haben auch ärmere Länder oder Institutionen die gleichen fairen Bedingungen", begründet Marschalek den Service. Finanziert wird die Arbeit im Rahmen der Grundlagenforschung von der Universität, Geld kommt zudem vom Land Hessen und von der Deutschen Krebshilfe, Sponsoren sind willkommen. Das "Universitäre Centrum für Tumorerkrankungen", in dem Forscher und Onkologen gemeinsam an Therapien für Krebs- und Leukämiepatienten arbeiten, erkannte die Krebshilfe jüngst als "Onkologisches Spitzenzentrum" an.
Wege zu neuen Behandlungsmethoden
Das Diagnostikzentrum für Akute Leukämie treibt seine Forschung in Richtung neuer Wirkstoffe voran. Dazu wollen die Forscher am Main zunächst herausfinden, welches Gen wo mit wem warum zusammengeht. Rund 40 Prozent der 70 krebsauslösenden Partnergene haben die Forscher am DCAL bis jetzt identifiziert; ihre Entdeckung soll in Zukunft helfen, sowohl Therapien genauer einzustellen, als auch Wege zu neuen Behandlungsmethoden öffnen. Auf dem Biotechnologie-Campus der Frankfurter Uni am Riedberg arbeitet ein Team um Rolf Marschalek bereits daran.
Margarete Lausberg
Hier die Internetadressen des DCAL: http://www.kompetenznetz-leukaemie.de/content/e50/e3922/e4971/e4970/ und http://web.uni-frankfurt.de/fb14/dcal/index.html
Abstract: In Frankfurt erforschen Wissenschaftler eine besonders gefährliche Art von Leukämie / Diagnosezentrum besteht seit fünf Jahren
Frankfurt. Manche Professoren imponieren auf ihren Internetseiten mit langen Listen der Fachgebiete, auf denen sie sich betätigen. Rolf Marschalek hingegen nennt unter dem Stichwort "Forschungsinteressen" nur eines: Diagnostik, Mechanismen und Therapie von akuten Hochrisiko-Leukämien. "Seit 18 Jahren arbeite ich schon an dem Thema, und ich habe bei null angefangen", sagt der Direktor des Instituts für Pharmazeutische Biologie an der Goethe-Universität. Marschaleks mit Beharrlichkeit verbundene Selbstbeschränkung hat sich offenbar gelohnt. Wie er sagt, ist in Frankfurt nicht nur ein europaweit einzigartiges Diagnosezentrum für bestimmte, besonders gefährliche Blutkrebsarten entstanden. Die Wissenschaftler dort suchen auch erfolgreich nach weiteren Tumorgenen und entwickeln Ideen für neue Therapien.
Die Leukämieform, die Marschalek studiert, ist selten, aber für jene Patienten, die sie trifft, oft verhängnisvoll. Sie entsteht durch einen Schaden im sogenannten MLL-Gen, der im Lebenszyklus einer Zelle spontan auftreten kann: Hierbei tauscht das Chromosom, auf dem diese Erbanlage ihren Platz hat, ein Stück mit einem anderen Chromosom. Da die Bruchstelle im MLL-Gen liegt, wird ein Teil davon ebenfalls auf das fremde Chromosom übertragen. An die Stelle des fehlenden MLL-Stücks gelangt ein Fragment eines anderen Gens - Fachleute sprechen von einer Translokation (siehe Grafik). Sie verändert nicht nur den Aufbau des MLL-Gens, sondern auch den des Proteins, das nach dem Bauplan hergestellt wird, der auf diesem Abschnitt des DNS-Strangs gespeichert ist. Das mutierte Eiweiß programmiert die Zelle um, so dass sie sich fortan ständig teilt. Die Folge ist Krebs.
Oft tritt die MLL-Leukämie bei Säuglingen auf. In Deutschland werden jedes Jahr 50 bis 60 Fälle gezählt, in ganz Europa sind es etwa 2000. Nur zehn bis 40 Prozent der Patienten können geheilt werden. "Die Behandlung ist brutal", weiß Marschalek. Gestoppt werden kann die Krankheit, wenn überhaupt, nur durch eine Hochdosis-Chemotherapie - mit entsprechenden Nebenwirkungen.
Dank der Arbeit von Marschalek und seinen Frankfurter Kollegen kann die tückische Krankheit jetzt zumindest sicher diagnostiziert und ihr Verlauf besser beobachtet werden. Das Team des Professors hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich exakt feststellen lässt, wo der Fehler im Erbgut der Zellen liegt. Denn MLL-Translokationen können auf vielerlei Arten geschehen; es gibt mehr als 100 Orte auf anderen Chromosomen, mit denen das Gen Teile austauschen kann. Im "Diagnostic Center of Acute Leukemia", das Marschaleks Mitarbeiter Claus Meyer leitet, wird aus dem Zellmaterial von Kranken DNS gewonnen. Dann bestimmen die Forscher auf den Punkt genau, an welcher Stelle des MLL-Gens der Bruch aufgetreten ist und welche fremden DNS-Stücke dort angeheftet wurden.
Die Art der genetischen Panne präzise zu beschreiben verbessert zwar nicht die Heilungschancen. Es ermöglicht dem Arzt aber, zuverlässig zu beurteilen, wie gut der Patient auf die Therapie anspricht. Wenn Meyer und seine Kollegen die Mutation bestimmt haben, können sie kleine DNS-Schnipsel anfertigen, mit denen sich das beschädigte Gen in jeder anderen Probe des Kranken nachweisen lässt: Selbst wenn sich unter 300 000 gesunden Zellen nur eine einzige defekte verstecken sollte, wäre sie mit dieser Methode aufzuspüren.
Wie Marschalek berichtet, ist es inzwischen europaweit medizinischer Standard, dass bei Verdacht auf eine MLL-Leukämie Biopsiematerial des Patienten in Frankfurt untersucht wird. Seit fünf Jahren gibt es das Diagnosezentrum nun, jährlich erhalten 300 bis 400 Patienten von dort Auskunft über ihre Krankheit. "Damit sind wir ausgelastet", sagt der Professor. Geld verlange man für die Analysen nicht.
Schließlich dient die Arbeit der Diagnostiker auch gleichzeitig der Grundlagenforschung. Die intensive Beschäftigung mit dem MLL-Gen und dem Protein, das in ihm codiert ist, hat Aussichten auf neue Behandlungs-Ansätze eröffnet: Damit das MLL-Eiweiß - das normale wie das kranke - seine Funktion erfüllen kann, muss es von einem Enzym namens Taspase in zwei Teile geschnitten werden, die sich dann wieder neu zusammenlagern. Eine Therapie könnte Marschalek zufolge darin bestehen, entweder die Taspase zu blockieren oder das Zusammenfügen der geschnittenen MLL-Stücke zu verhindern. Darunter hätten zwar auch gesunde Zellen zu leiden, doch würde ihnen eine solche Vergiftung weniger zusetzen als den schnellwachsenden Tumorzellen - das ist das gleiche Prinzip, nach dem auch andere Arten der Chemotherapie funktionieren.
Marschalek weiß, dass es angesichts der geringen Zahl von MLL-Leukämiefällen schwierig werden dürfte, die Pharmaindustrie zur Entwicklung eines Medikaments zu bewegen. Doch es bestünde die Chance, Kinderleben zu retten, und überdies würden von den bei solchen Studien gewonnenen Erkenntnissen womöglich nicht nur Blutkrebspatienten profitieren: Das Taspase-Enzym könnte nach Marschaleks Worten auch bei der Entstehung von anderen Tumorarten eine Rolle spielen. Nicht zuletzt deshalb will der 49 Jahre alte Wissenschaftler seine Forschungen mit bewährter Hartnäckigkeit fortsetzen: "Ich werde es sicher noch schaffen, ein Therapeutikum zu finden, bevor ich in Pension gehe."
Abstract: Neuer Mutationstyp beim erblichen Dickdarmkrebs entdeckt
Interdisziplinäres Forscherteam an der Goethe-Uni gewinnt Preis für Gastroenterologie
11.12.2009 - Etwa fünf Prozent aller Darmkrebsfälle beruhen auf erblichen Gendefekten, die unter dem Namen Lynch-Syndrom zusammengefasst werden. Ursache ist das Fehlen oder die eingeschränkte Funktion eines Proteins. Es korrigiert Kopierfehler, die unweigerlich bei der Weitergabe der Erbinformation von Mutterzelle zu Tochterzelle entstehen. Auf diese Weise sammeln sich im Erbgut Defekte, die bei bis zu 80 Prozent der Betroffenen zur Entwicklung von Karzinomen des Dickdarms führen. Ein interdisziplinäres Forscherteam am Klinikum der Goethe-Universität hat nun einen neuen Typ von Keimbahnmutationen beim Lynch-Syndrom entdeckt. Die herausragende wissenschaftliche Arbeit wurde mit dem diesjährigen Preis der Rhein-Main-Arbeitsgemeinschaft für Gastroenterologie ausgezeichnet.
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Dr. Angela Brieger, die am Biomedizinischen Forschungslabor der Medizinischen Klinik I schon seit einigen Jahren das Lynch-Syndrom erforscht, hat sich auf die Untersuchung der Ursachen des vielfältigen Tumorspektrums in Lynch-Syndrom-Familien spezialisiert. Neben Dickdarmkrebs können die Betroffenen nämlich auch bösartige Tumoren in anderen Organen entwickeln; beispielsweise in der Gebärmutterschleimhaut oder dem Dünndarm. Ob ein defektes Reparatur-Protein für die Tumorentstehung verantwortlich ist, ist für die Therapie von großer Bedeutung, denn Tumoren des Lynch-Syndroms sprechen auf einige der gängigen Chemotherapeutika nicht an.
Dass die bisher bekannten Protein-Defekte nicht die einzige Ursache für das Lynch-Syndrom sein können, vermutete Angela Brieger, als sie eine Familie mit ungewöhnlichem Tumorspektrum identifizierte. In dieser Familie fand sie gehäuft Brustkrebs, der sonst nicht als assoziiertes Karzinom des Lynch-Syndroms auftritt. Die Betroffenen sprachen auf die hierfür gängigen Therapieansätze nicht an. In Zusammenarbeit mit Dr. Claus Meyer vom Diagnostikzentrum für akute Leukämie konnte die Biologin das Rätsel jedoch lösen, indem sie fehlerhafte Chromosomen aufspürte. In der Leukämie-Forschung gehört diese Methode zur Routine. Bei der Diagnostik des Lynch-Syndroms fand sie jedoch bislang keine Anwendung, weil man sich auf den Nachweis defekter Reparaturproteine beschränkte.
Die beiden Wissenschaftler identifizierten bei allen betroffenen Familienmitgliedern ein mutiertes Chromosom 3, dem ein bislang nicht beschriebener, großer Abschnitt fehlte. Das hat zur Folge, dass fünf wichtige Proteine in den Tumoren nicht mehr funktionsfähig sind. Brieger und Meyer konnten bei den Mutationsträgern dieser Familie sogar ein völlig neues Genprodukt nachweisen, das nur durch den Wegfall des Chromosomenabschnitts entstehen kann. Wie die beiden Forscher vermuten, könnte dieses Protein die Entstehung der Tumoren zusätzlich begünstigen. Dies gilt es in weiteren Untersuchungen zu klären. Brieger und Meyer gehen davon aus, dass dieser neue Typ einer Keimbahnmutation kein Einzelfall beim Lynch-Syndrom ist. Durch ihre neue Methodik der Analyse des Erbgutes sind die Wissenschaftler sich sicher, künftig noch weitere ungeklärte Lynch-Syndrom Veränderungen detektieren zu können.
Originalveröffentlichung: Meyer C et al. "An interstitial deletion at 3p21.3 results in the genetic fusion of MLH1 and ITGA9 in a Lynch syndrome family"; Clin Cancer Res 2009; 15:762-9.
Abstract: Wissenschaftler des Frankfurter
Zentrums für Molekulare MLLDiagnostik
haben eine Methode
entwickelt, mit der alle bekannten
und unbekannten Translokationen
des MLL (mixed lineage leukemia)-
Gens identifiziert und charakterisiert
werden können (Meyer C et
al. Proc Natl Acad Sci 2005; 102:
449–54). Die bereits als Patent eingereichte
Methode ist Grundlage
für einen Patienten-spezifischen
Nachweistest, mit dessen Hilfe eine
einzelne Tumorzelle unter 100.000
bis 1.000.000 normalen Blutzellen
nachgewiesen werden kann; Stichworte:
minimal residual disease
monitoring. Wegen der extremen
Leistungsfähigkeit dieser Technik
werden in Zukunft neben Diagnostikzentren
aus den Niederlanden,
Österreich und Deutschland, die
bereits seit einiger Zeit ihre Proben
in Frankfurt analysieren lassen,
weitere Diagnostik-Zentren
aus England, Frankreich, Italien und Tschechien ihre Proben zur Feincharakterisierung
nach Frankfurt schicken. Damit
führt das von der Wilhelm-Sander-Stiftung,
München, geförderte Referenzzentrum die
Diagnostik für alle betroffenen Patienten in
ganz Europa durch.
Das Zentrum für Molekulare MLL-Diagnostik,
das vor einem Jahr auf Initiative
von Theo Dingermann und Rolf Marschalek,
Institut für Pharmazeutische Biologie
der Johann Wolfgang Goethe-Universität,
sowie Thomas Klingebiel, Zentrum der Kinderheilkunde
II des Universitätsklinikums
Frankfurt, gegründet wurde, hat sich in
kürzester Zeit zu einem international anerkannten
Referenzzentrum für die Diagnostik so genannter Hochrisiko-Leukämien
entwickelt. Dazu zählen alle Leukämien, die
durch spezifische genetische Veränderungen
– so genannte chromosomale Translokationen
des MLL -Gens – hervorgerufen
werden, wie die Akute Lymphoblastische
Leukämie (ALL) und die Akute Myeloische
Leukämie (AML).
Abstract: Dass die adulten Stammzellen eine größere Plastizität besitzen als man früher angenommen hat, ist schon von unterschiedlichen Forschungsgruppen bewiesen worden. Man hat aus murinem Knochenmark Muskel- und Nervenzellen und umgekehrt entstehen lassen.
Heute ist man mehr auf der Suche nach einer Stammzelle, die die meisten Gewebetypen des Körpers produzieren kann.
Um diese Stammzelle zu finden, haben US Forscher das Knochenmark einer männlichen Maus genommen, es fraktioniert, markiert und in die Blutbahn einer weiblichen Maus injiziert. Über das sogenannte „Homing“ - der Annahme, dass Stammzellen ins Knochenmark zurückehren - erhoffte sich die Forschungsteam eine größere Anreicherung an hematopoetischen Stammzellen unter den markierten Knochenmarkszellen. Nach zwei Tagen wurden dem weiblichen Empfänger Knochenmark entnommen und die markierten Zellen mittels Zellsortierung (FACS) zurückgewonnen. Jeweils eine einzige dieser markierten zurückgewonnenen Knochenmarkszellen wurde in 30 weibliche letal bestrahlte Mäuse transplantiert. 15% dieser Mäuse überlebte, da die transplantierten Stammzellen in der Lage waren eine Langzeitrepopulation durchzuführen (Long term repopulation). Die Nachkommen der Stammzelle wurden sogar in den Epithelzellen der Lunge, des Magens, des Darms und der Haut nachgewiesen. Weiterhin wurde das Knochenmark der Mäuse, die überlebt hatten für eine weitere Knochenmarkstransplantation verwendet, und wieder überlebte ein Teil der Mäuse. Als Kontrolle wurde dieses Experiment ohne den sogenannten „Homing“-Schritt durchgeführt. Resultat: Keines der Kontrolltiere überlebte.
Weiterhin hat man festgestellt, dass nach dem Homing Assay der Anteil der Oberflächenmarker SCA-1 und CD34 stark zunahm. Es ist aber schwer zu sagen, ob die ins Knochenmark zurückkehrenden Zellen eine Hochregulation der CD34 Exprimierung erfahren, oder ob die CD34 exprimierenden Zellen verstärkt ins Knochenmark zurückkehren. Daher wurde dieser Versuch auch mit Knochenmark von CD34 (-/-) knock out Mäusen durchgeführt. Die markierten CD34 (-/-) Knochenmarkszellen wurden in der Milz der Empfängermaus mit einer höheren Konzentration bestimmt als die markierten CD34 (+/+). Diese Befund ist ein weiteres Indiz dafür, dass der Oberflächenmarker CD34 für das Homing der hematopoetischen Stammzellen mitverantwortlich ist.
Diese Entdeckungen von Krause et al bestätigen, dass adulte Stammzellen eine weitaus höhere Plastizität besitzen und eine nicht zu unterschätzende Alternative zu embryonalen Stammzellen darstellen. Die Forscher glauben, dass ähnliche Zellen auch im Menschen zu finden sind. Man hat sie jedoch bis jetzt nicht identifizieren können. Nichtsdestotrotz bestärken diese Ergenisse die Möglichkeit, dass in naher Zukunft adulte Stammzellen zur Therapie von genetischen Krankheiten und zerstörten Geweben herangezogen werden können.
