Abstract

Human B-lymphopoiesis essentially depends on close interactions of B cell precursors (BCP) with the bone marrow (BM) microenvironment. In vitro, normal BCP and blasts of B-lineage acute lymphoblastic leukemia (ALL) rapidly die by apoptosis, but their survival can be maintained by mesenchymal BM-stroma cells due to currently only partially defined mechanisms which involve cell adhesion. CD99 is a human 32 kD transmembrane-sialoglycoprotein expressed on many hematopoietic and non-hematopoietic cell types. The antigen is a cell-cell-adhesion receptor molecule involved in migration of leukocytes through endothelial junctions. In hematopoietic progenitors under dendritic-cell breeding conditions, CD99-ligation interferes with further differentiation, while in mature B cells CD99 appears critically involved in regulating cell cycle and maintaining differentiation. Particularly high levels of CD99 expression are found in immature T cells and Ewing tumors, and in these cells CD99 has been shown to elicit homotypic cell-aggregation phenomena as well as to deliver apoptotic signals. CD99 has therefore been considered to play a role in thymus development by regulating T lymphoid differentiation and selection. Previously we found that CD99 is very strongly expressed by the most immature BCP stages in BM, and that this maturation-linked expression pattern is conserved despite malignant transformation in BCP-ALL. We therefore speculated that CD99 may have a pivotal role also in early B-lymphopoiesis. However, functional data in this context are completely lacking to date.We plan to investigate, whether CD99 plays a role in the adhesion process of immature B cells to BM stroma which is so critical to cell-fate. Stroma-contact cultures of cell lines, of normal and leukemic primary BCP cells, CD99-ligation via epitope-defined monoclonal antibodies, as well as RNA interference (by taking advantage of an ongoing collateral study in our institute) will form the basis of our investigational set-up. In long-term B cell cultures we will also focus on whether CD99 is involved in BCP differentiation, as well as in growth by regulating proliferation and survival. By the end of this project we should be able to understand whether immature B cell lymphopoiesis critically depends on CD99, and whether normal and leukemic BCP differ in their functional requirements of CD99. Unraveling a pivotal role of CD99 in BCP could aid in developing appropriate targeted therapy for ALL.

Zusammenfassung

Die humane B-Zellentwicklung ist abhängig von noch unzureichend definierten zellulären Interaktionen auf Basis von Adhäsionsphänomenen zwischen B Vorläuferzellen und Knochenmark-Stromazellen. Ohne diese gehen normale unreife B-Zellen wie auch leukämische Blasten von akuter lymphoblastischer Leukämie (ALL) in vitro rasch in Apoptose, während B-Vorläuferzellen auf Stromazellen über lange Zeit kultiviert werden können und ausreifen. CD99 ist ein primatenspezifisches 32 kD Transmembran-Sialoglykoprotein, welches auf vielen hämatopoetischen wie auch anderen Zellarten exprimiert wird. Besonders hohe CD99 Antigendichte ist auf den frühesten Entwicklungsstufen beider lymphatischer Zellreihen vorzufinden (T und B), und das Antigen findet sich in vergleichbar hoher Dichte auch auf leukämische Blasten bei ALL. Funktionelle Studien zeigten, daß CD99 als Adhäsionsmolekül bei Zell-Zell Interaktionen eine Rolle spielt (bei unreifen normale wie auch leukämische T-Zellen) und die Transmigration von Monozyten durch Endothelverbände vermittelt. Eine funktionelle Bedeutung wurde auch bei der Ausdifferenzierung von dendritischen Vorläuferzellen und bei Plasmazellen beschrieben, sowie bei der Apoptoseinduktion bei unreifen T-Zellen und Ewing Tumorzellen. Zusammenfassend wird spekuliert, daß CD99 für die frühe T-Zell Entwicklung im Thymus relevant sein könnte, detaillierte Studien dazu, wie auch vor allem zur Frage einer funktionellen Rolle in der frühen B-Zellentwicklung, liegen allerdings nicht vor. Ausgehend von unseren Daten zur starken Expression bei normalen und leukämischen B-Vorläuferzellen und der wahrscheinlichen Funktion als Adhäsionsmolekül vermuten wir daher, daß CD99 eine Rolle im Rahmen der für die B-Zellentwicklung so kritischen Interaktionsphänomene zwischen B-Vorläuferzellen und Knochenmarkstromazellen spielen könnte. Wir planen daher anhand von Zelllinien, und vor allem bei hochangereicherten primären normalen und leukämischen B-Vorläuferzellen, welche gemeinsam mit Knochenmarkstromazellen kultiviert werden, zu untersuchen, ob eine Modulation von CD99 mittels spezifischer Antikörper bzw. durch RNA-Interferenz (im Rahmen einer institutsinternen Arbeitsgruppenkollaboration) Einflüsse auf Adhäsionsverhalten, Wachstum und Überleben, wie auch auf das Differenzierungspotential der B-Vorläuferzellen zeigt. Wir werden dabei auch auf interindividuelle Unterschiede bei ALL-Proben, sowie auch auf solche zwischen physiologischen und malignen Zellen achten. Von diesbezüglichen Erkenntnissen erwarten wir uns letztlich neue Einsichten in die Leukämiebiologie, welche neue Ansatzpunkte für gezielte therapeutische Interventionen eröffnen könnten.