Impact of hemato-oncological therapies on genomic stability and differentiation capacity of human bone marrow-derived mesenchymal stromal cells in the context of therapy-related hematopoietic insufficiency and development of secondary myeloid

Zusammenfassung

Hintergrund: Hämatotoxizität und die Entwicklung von therapiebedingten myeloischen Neoplasmen (tMN) sind häufige Nebenwirkungen von antineoplastischen Therapien wie Chemotherapie, Bestrahlung und niedermolekularen Wirkstoffen, die eine erhebliche Morbidität und Mortalität verursachen. Angesichts der zentralen Rolle mesenchymaler Stromazellen (MSC) für die Regulierung einer gesunden Blutbildung stellen wir die Hypothese auf, dass antineoplastische Therapien die genomische Stabilität und Differenzierung von MSC beeinträchtigen und dadurch zur Entwicklung einer hämatopoetischen Insuffizienz und tMN beitragen.

Ziel: Das Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen antineoplastischer Therapien auf die Funktionalität gesunder MSC aus dem Knochenmark umfassend zu charakterisieren, einschließlich Phänotyp, Genotyp, Differenzierung und hämatopoetische Unterstützungsfunktion. Die Ergebnisse dieses Projekts sollen ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen ermöglichen und dazu beitragen, Strategien zu entwickeln, die das Auftreten und den Schweregrad von Hämatotoxizität sowie das Risiko von tMN vermindern.

Experimentelles Verfahren / Arbeitsprogramm: Zu diesem Zweck werden in einem ersten Schritt gesunde MSC in einem vitro-Zellkultursystem einer Chemotherapie, ionisierender Bestrahlung und kleinen Molekülen ausgesetzt. Anschließend werden sie mit etablierten Assays auf ihr Wachstums- und Differenzierungspotenzial, Seneszenz, Apoptose, Zellzyklus, Verhalten und hämatopoetische Unterstützung untersucht und mittels RNA-Sequenzierung ein Genexpressionsprofil erstellt. In einem zweiten Schritt werden die in Schritt 1 identifizierten Kandidatenmoleküle bzw. -wege im Hinblick auf ihre pathophysiologische Relevanz in "gain and loss of function experiments" mit Hilfe von Vektor-, siRNA- und CRISPR/Cas-basierten Methoden evaluiert. In einem dritten Schritt wird der Einfluss der therapieinduzierten genomischen Instabilität auf die Entwicklung von tMN untersucht. Hier wird die Basalexpression von Anfälligkeitsfaktoren (DNA-Reparaturgene, DNA-Schadensreaktion) in gesunden MSC gemessen und mit der Expression in MSC von Patienten mit tMN korreliert. Darüber hinaus wird das Genexpressionsprofil gesunder MSC nach Exposition gegenüber zytotoxischen Wirkstoffen (Schritt 1) mit dem Genexpressionsprofil von aus Patienten stammenden MSC verglichen, gefolgt von einer funktionellen Validierung der identifizierten Kandidatenmoleküle.

Aktuelle Veröffentlichungen:

1. Geyh S et al. Insufficient stromal support in MDS results from molecular and functional deficits of mesenchymal stromal cells. Leukemia. 2013 Sep;27(9):1841-51. doi: 10.1038/leu.2013.193. Epub 2013 Mar 29
2. Geyh S et al. Functional inhibition of mesenchymal stromal cells in acute myeloid leukemia. Leukemia. 2016 Mar;30(3):683-91. doi: 10.1038/leu.2015.325. Epub 2015 Nov 25.
3. Schroeder T Mesenchymal stromal cells in myeloid malignancies. Blood Res. 2016 Dec;51(4):225-232. doi: 10.5045/br.2016.51.4.225. Epub 2016 Dec 23.
4. Geyh S et al. Transforming growth factor β1-mediated functional inhibition of mesenchymal stromal cells in myelodysplastic syndromes and acute myeloid leukemia. Haematologica. 2018 Sep;103(9):1462-1471. doi: 10.3324/haematol.2017.186734. Epub 2018 May 17.
5. Baberg F et al. Secretome analysis of human bone marrow derived mesenchymal stromal cells. Biochim Biophys Acta Proteins Proteom. 2019 Apr;1867(4):434-441. doi: 10.1016/j.bbapap.2019.01.013.