LÖSEMİ KÖK HÜCRESİ VE PATOGENEZ

Prof Dr Türkan Patıroğlu
Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
Pediatrik Hematoloji-Onkoloji BD
Kayseri
•Kök hücre nedir ?
•Tipleri ?
•HKH ve Niş
•Hatalı HKH ve
lökomogenez
•HKH ve LKH ?
Benzerlik ve
farklıları ?
4
•LKH ve ilaç
direnci
•LKH ve Tedavi
KÖK HÜCRE NEDİR ?
TİPLERİ ?
Kök Hücre
• Vücudumuzda bütün doku
ve organları oluşturan ana
hücrelerdir.
• Henüz farklılaşmamış olan
bu hücreler
• sınırsız bölünebilme
• kendini yenileme
• organ ve dokulara
dönüşebilme
yeteneğine sahiptir.
4
Kök Hücreyi Diğer Hücrelerden Ayıran Özellikler
Normal Vücut Hücresi
• Sınırlı sayıda çoğalma
ya da hiç çoğalmama
• Bir görevi yapmak
üzere farklılaşma
• Bir başka hücre tipine
dönüşememe
Kök Hücre
• Sonsuz bölünme ve
çoğalma yeteneği
• Farklılaşmamış olma,
• Farklılaşmış hücrelere
dönüşebilme
5
KÖK HÜCRE ÇEŞİTLERİ
Farklılaşma
Özelliklerine Göre
Totipotent Pluripotent
Hücre
Hücre
Multipotent
Hücre
Elde Edildikleri
Yere Göre
Embriyonel
Kök Hücresi
Erişkin Kök
Hücresi
Fetus Kök
Hücresi
6
Embriyonel Kök Hücre
• Blastosist adı verilen
hücre kümesinden
alınan hücrelerin her
biri embriyonel kök
hücredir
• Kültürlerde çoğaltılan
EKH, bilimsel
araştırmalarda
kullanılmaktadır.
7
Erişkin Kök Hücreler
• Farklılaşmış dokularda bulunan ancak farklılaşmamış
hücrelerdir.
• İhtiyaç duyulduğunda bulundukları dokudaki değişik
hücre türlerine dönüşürler.
• Hayat boyu kendi kopyalarını üreterek çoğalırlar.
Bulundukları dokularda eskiyen, hastalanan veya ölen
hücrelerin yerine yenilerini üreten yedek parça
kaynaklarıdır.
8
Fetüs kök hücresi
• Düşük yapan kadınlardan elde edilen ve sınırsız sayıda
bölünebilme ve kendini yenileme özelliğine sahiptirler.
• Pluripotent yapıda olup gerekli koşullar sağlandığında
çeşitli hücre türlerine dönüşebilirler.
• Bu hücreler, farklılaşarak kromozom sayısını yarıya
indirip yumurta ya da sperm hücresine dönüşebilirler
ama tek başına bir organizmayı oluşturma özelliğinde
değildirler.
9
Tutipotent Hücre
• Zigot tek başına tüm
organizmayı meydana
getirebilecek genetik bilgiye ve
güce sahiptir. Bu hücrelere her
şeyi yapabilen anlamına gelen
tutipotent hücre denir.
• Döllenmeden sonra ilk 4 gün
içinde oluşan hücrelerin her biri
tutipotent hücredir ve her bir
hücre ayrı bir organizmayı
oluşturabilecek güce sahiptir.
10
Pluripotent Hücre
• Döllenmeden sonraki 5.
günden itibaren hücreler
blastosist denilen
küresel bir şekil alır.
• Bu kürenin içindeki
hücreler vücuttaki tüm
hücrelere dönüşebilecek
potansiyele sahip
olmalarına rağmen tek
başlarına tüm
organizmayı oluşturacak
güce sahip değillerdir.
11
Pluripotent hücreler,
gerekli ortam
hazırlandığında bilinen
200 hücre türüne
dönüşebilecek güce
sahiptirler.
12
Multipotent Hücre
• İntrauterin dönemde
sonraki gelişim
aşamalarında hücreler
biraz daha özel görevlere
sahip olurlar ve erişkin
kök hücrelerine
dönüşürler.
13
HEMATOPOETİK KÖK
HÜCRE (HKH) ve NİŞ
HKH
• HKH ler, kemik iliğinde
bulunurlar ve
gerektiğinde lökosit,
eritrosit ve trombositlere
dönüşürler.
• HKH’lerin bir kısmı da
progenitör hücrelere
dönüşür.
15
HKH’nin Kaderi
• Kendi kendini yenileme
ve farklılaşma arasında
denge olmalı
• Kendi kendini yenileme
sayesinde Kİ’de devamlı
hücre depolanması olur.
16
HKH ve Niş
Huang X et al. Cell Death Differentiation 2007;14
• Kök hücreler kemik iliğinde
uygun bir yuva içinde (niş)
bulunurlar.
• Osteoblastik niş
(trabeküler kemik kavitesi):
Uyku halinin devamı için
gereklidir. Bu durum
HKH’leri enfeksiyon, x-ray
ve ilaçların
Sitotoksisitesinden korur.
• Vasküler niş:
– Proliferasyon,
– Diferansiasyon
– Migrasyonu için
gereklidir
17
HKH Sessizliği, Yenilenme ve Farklılığı
• Niş içinde yerleşmiş olan kök
hücreler çoğalma sinyali almadığı
sürece sessiz formdadır.
• İntrensek mekanizmalar:
– Niş bağımsızdır.
– HKH’nin genetik/epigenetik
durumu
– Kromatin remodelleri
transkripsiyon faktörleri) ile
kontrol edilir.
• Ekstrensek mekanizmalar:
– Niş tarafından kontrol edilir.
– Sitokin ve büyüme
faktörlerinin salımı
18
HKH Sessizliği ve Çoğalması
• Periferik kanda
hücrelerin eksilmesi
hücre siklusunun G0
fazında bulunan
sessiz konumdaki
hücrelere uyarı
olarak gelir
• Çoğalma sinyali alan
HKH öncelikle kendi
kendini yeniler (self
renewal)
19
HKH nin Kaderi
• HKH nin kaderi
osteoslastlar ve stromal
hücrelerden salınan
büyüme faktörleri ve
sitokinlere bağlıdır.
TGF-b: Hücre
büyümesi için
negatif düzenleyici
Ang-1: HKH”nin
sessizliğinden sorumlu
Wnt : HKH”nin çoğalma
sından sorumlu
20
HKH çoğalması
•
Wnt sistemi, reseptörlerinin
bağlanması ile aktif hale gelir,
kateninin yıkılım
kompleksinden ayrılmasını
sağlar, nükleusa geçer ve
Cyclin D1 ve C-MYC gibi
genlerin tarnskipsiyonunu
düzenleyerek kök hücrelerin
kendi-kendini yenilemesini ve
farklılaşmasını sağlar.
•
Sinyal ileti sistemlerinde bir
aksilik olursa tümör gelişir,
progenitör bölgeyi kaplar ve
iyileşmeyi takiben tekrar
nişlerine geri döner ve uyku
dönemine geçerler.
21
HKH ve Mutasyon
• Niş içinde yerleşmiş olan sessiz HKH
ler mutasyona karşı iyi korunur
• Çoğalma evresinde ise en fazla
mutasyona maruziyet olur.
• Ortamdaki O2 azlığı veya PH
değişiklikleri mutasyon olasılığını
arttırır.
• Metabolik nedenler veya çevresel
faktörlerle hücre çoğalmasını,
farklılaşmasını kontrol eden genler
ve gen kontrol mekanizmalarında
ortaya çıkan her mutasyon kanser
nedeni olabilir.
Hatalı kök hücre ve lösemi patogenezi
Kendi kendini yenileme işlevi ve lösemi kök
hücre oluşumu
Çevresel faktörler
mutasyon
Nature Review Cancer 2005;5:899-904
24
25
Lösemik Kök Hücre
(LKH)nin Kökeni
• Lösemi, HKH ve kök
hücreden oluşan progenitör
hücrelerde ortaya çıkan
mutasyonlar sonucunda
transformasyon oluşması ile
görülen bir hastalıktır.
• LKH için ilk tanımlama
Lapidot ve ark. tarafından
AML’li hastalarda
yapılmıştır.
Nature 1994;367:645-8
26
Hiyerarşik Model
Lösemi hücreleri heterojen yapıya sahiptir . Hastalık tek bir
hücreden kaynaklanmasına rağmen klonal özellik
göstermektedir.
LKH ile ilgili araştırmalarda; Bağışıklık sistemi baskılanmış
NOD /SCID farelere insan lösemi kök hücreleri verilir.
27
İnsan Akut Myeloid Lösemi (AML)
Hücrelerinden Lösemi Gelişmesi
CD34+/ CD38LÖSEMİ
GELİŞMEKTE
AML HASTASINDAN
ALINMIŞ BLASTLAR
NOD/ SCID
fare
CD34+/ CD38+
LÖSEMİ YOK
Bonnett D, Dick JE. Nat Med 1997;3:730-7
28
Sitogenetik anomaliler tek başına
lösemi oluşturabilir mi ?
Ek bir başka moleküler anomali daha olmalı
T(8;21)
CBFB-MYH11
CBFB-MYH11
füzyon geni
FLT3 /RAS
miyeloid farklılaşma
blokajı
Lösemi
29
Lösemi - Mutasyonlar
Kronik miyeloid lösemide
(KML) olduğu gii ya tek
bir mutasyonla (“Ph”)
ya da farklı lösemi
türlerinde olduğu gibi
birbirini tamamlayan
mutasyonlar ile lösemi
oluşur.
30
AML’de Mutasyonlar
AML patogenezinde rolü olan mutasyonlar:
1. Sinyal ileti sistemini aktive edenler
2. Transkripsiyon faktörleri ile farklılaşmada azalma
veya çoğalmada artışa neden olanlar
Aynı gruptan iki mutasyonun bir arada olması
(nadiren)
İki gruptan ayrı mutasyonların birlikteliği (genellikle)
31
AML”de Sinyal İleti Sistemi
Anormallikleri
Proliferasyondan
sorumlu genler:
• RAS
• KİT
• FLT3 (%25 pozitif)
32
AML Patogezinde Sitogenegtik
Bulgular ve Eşlik Eden Moleküler
Anomaliler
33
Lösemi Oluşumunun Moleküler
Temeli
• Lösemi kliniği çıkmadan önce, yıllarca küçük prelösemik
bir klonda mutasyon olabilir.
• Normal lenfoid gelişim sırasında , İmmünglobulin (Ig)
oluşumu ve TCR gen düzenlenmesi sırasında mutasyon
riski artar.
• ALL’de gözlenen kromozomal translokasyonlar klonal
gelişimde anahtar role sahiptirler. Genellikle
translokasyonlar aşırı ekspresyona sebep olan TCR veya Ig
lokusundaki bir protoonkogen veya değişik onkogenik
etki ile yeni bir kimerik proteinin kırılması sonucu
genlerin füzyonu ile oluşur.
34
Lösemi Oluşumunun Moleküler
Temeli
• Hematopoetik proliferasyon, diferansiyasyon ve
apopitozu kontrol eden düzenleyici genlerdeki
mutasyonlar
• Hücre sinyal yolağındaki spesifik kinazlar
• Proteinlerin ekspresyon veya aktivitesini etkileyen
protoonkogenlerin aberan ekspresyonu
• Süpresör genlerin baskılanması
• Kromozomal translokasyonlar ile kodlanan kimerik
transkripsiyon ekspresyonu
35
Lösemi oluşumu ve Antiapopitotik
Etki
•
Normal şartlarda hücrede bir sorun
varsa veya mutasyon oluşması ile
hücre apopitoza yönelir.
•
Apopitozda öncelikle kaspaz enzim
sistemi aktive edilir. Hücrenin bu
aşamada apopitoza girememesi
genellikle kanser oluşumunu tetikler.
•
Apopitoza giremeyen hücre
istenmeyen yönde farklılaşır,
ölümsüzleşir ve malign şekle döner.
•
Lösemi oluşumu, farmakogenetik
(yatkınlık) ve kimyasal mutajenler ve
ionize radyasyon gibi çevresel
faktörler arasındaki etkileşime
bağlıdır.
36
Lösemi Oluşumunun Moleküler
Temeli
• Erişkin foliküler ve B-hücre lenfomasındaki t(14;18) ,
BCL-2 proteininin apopitozu önlediği gösterilmiştir.
• Lösemik blastlarda BCL-2 artışı ile ALL ve AML
prognozunun kötü gidişi arasında korelasyon vardır.
37
38
LKH ve Sinyal İleti Yolakları
PTEN-/- Fare – HKH’nin kendi kendini yenileme özelliği kaybı-Akut lösemiye
dönüşüm
•PTEN inaktivasyonu ile PI3K/Akt aktiflenir, AML dönüşüm
yolağı aktiflenmiş olur
• AML
dönüşüm yolağının en
önemli aktivasyon basamağı
mTOR aktivasyonudur.
Sean Morrison, Linheng Li, Andreas Trumpp
39
LKH ve Sinyal İleti Yolakları
• Kendini yenileme için
HKH ve LKH’de
moleküler
mekanizmalar aynıdır
• Fakat BCR-ABL ve
AML1-ETO gibi
kromozomal
translokasyonlar ile
RAS’taki veya FLT-3 ve
c-KİT gibi tirozin kinaz
mutasyonları ile
başlatılan sinyal iletileri
farklıdır
40
LKH ve Sinyal İleti Yolakları
Chumsri S et al. Clin Cancer Res 2007; 13:6549-54
41
Notch
• Nöral fonksiyon ve angiogenesiste,
etkili
• Notch 1 aktivasyonu ile B-hücre
gelişiminin inhibisyonu
• t(7:9) taşıyan T-ALL’de aktif
bulunmuş
• <%1 T-ALL vakada bu kromozomal
anormallik bulunmuş
• >50 T-ALL vakada somatik nokta
mutasyonu tespit edilmiş
Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:1371-78
42
Wnt/β-catenin
• Nörogenesis ve nöronal
farklılaşma, Wnt proteinleri kök
hücre büyüme faktörü
• İmmatür timositler üzerine etki
ile T hücre gelişimi
• Wnt aktivasyonu ile ALL, KLL ve
blastik faz KML’ ye ilerleme
Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:1371-78
43
SHH (Sonic hedgehog homolog)
7q36
• SSS gelişimi, kemik
rejenerasyonu
• Medullablastoma, BKLL, mantle cell
lenfoma, pankreas
ca., MM
Hambardzumyan D et al. Cell Cycle 2008; 7:1371-78
44
MikroRNA
• Küçük, protein kodlamayan RNA
parçaları olup, gen
ekspresyonunun post-
transkripsiyonel
regülatörüdürler.
• Hücre proliferasyonu,
farklılaşma, apoptozis gibi
fonksiyonlardan sorumludur.
Xia HP. J Cancer Mol 2008; 4:79-89
45
LKH ve Niş etkileşiminde
mekanizmalar
Lane S et al.Blood 2009;14
46
47
HKH ve LKH ?
Benzerlik ve Farklıları ?
LKH
(DİĞER KÖK HÜCRELERDEN FARKLI DEĞİLDİR!)
Uyku döneminde kalabilir
Kendisini yenileyebilir
Farklılaşabilir
Apoptozise gidebilir
49
HKH ile LKH Arasındaki Potansiyel
Biyolojik Farklılıklar
• Hücre yüzey belirteçlerinde farklılıklar
• Kendi-kendini yenilemede farklılıklar
• Apopitozise direnç
• İlaç direnci kapasitesinde artış
50
HKH ve LKH Yüzey Belirleyicileri
Normal HKH fenotipi–
AML kök hücre fenotipi –
CD34+
CD38CD123- (IL-3)
HLADRCD33+
CLL-1CD90+ (Thy-1)
CD117+ (c-Kit)
CD34+
CD38CD123+
HLADRCD33+
CLL-1+
CD90CD117?CD44+
51
HKH ve LKH Yüzey Belirleyicileri
• CLL-1 (C-tip lektin-benzeri
molekül-1) : Fonksiyonu tam
olarak bilinmez.
• AML’li hastaların %92’inde erken
relapsta (+) olduğu saptanırken
HKH’de negatif olduğu
gözlenmektedir.
•
CD44 : Yeni belirlenen bir
belirteç tir. Hyaluronik asit ve
kemik iliği niş komponentine karşı
reseptördür.
• CD44 , LKH’nin kana göçünü
sağlar
52
4
LKH, İlaç Direnci
ve Tedavi
Hedefe Yönelik Tedavi
Hedef
Lösemik Kök Hücre
Konvansiyonel
Kemoterapi
Lösemik kök
hücre hedefli
tedavi
Hastalığın nüksü
Tümörün
yokolması
Tümörün küçülmesi
Lösemil kök hücre hedefli
tedavi+konvansiyonel kemoterapi
Remisyon
sağlanması
54
Huntly and Gilliland, Nature Reviews Cancer, 2005
İlaç Direnci ve Hastalık Relapsı
Kanser hücrelerinde
• Sayısız büyüme faktörü
• “adenosine 5’-triphosphate (ATP)binding cassette (ABC) multidrug
efflux transporters”
• Antiapopitotik faktörlerin (MYC,
BCL-2, NF-kB ve survivin)
aktivasyonunun değişmesi veya
aşırı sentezlenmesi
• Tümör baskılayıcı genlerin (P53,
PTEN) aktivasyonun azalması veya
sentezinin azalması
55
LKH-Niş Etkileşimi ve Regülatörleri
LKH ve İlaç Direnci
• HKH”nin adezyon ve migrasyonundan sorumlu olan ve nişte
bulunan VLA-4 (α 4β1) proteini insan AML hücrelerinin az bir
kısmında sentezlenmektedir..
• Hücre zarında bulunan bu protein nişte görev yapar ve
fibronektin ile vasküler hücre adezyon molekülü-1’in etkileşimi
için gereklidir.
• Çalışmalarda VLA-4 (+) AML hücrelerinin VLA-4 (-) olanlara göre
kemoterapiye daha dirençli olduğu bulunmuştur. Bu durum
prognoz yönünden önemli bir göstergedir.
57
LKH ve Nişe Yönelik Tedavi Hedefleri
LKH niş etkileşimini
hedefleyen tedaviler;
sitokinler, kemokinler ve
ekstrasellüler matriks,
PI3K, MAPK, STAT3 ve NF-kB
yi aktive eder.
Hedefler:
• Antiapopitotik sinyaller
• Homing ve adezyonu
etkileyenler
• Lösemik hipoksik çevre
• Kendi kendini yenileme yolağı
• Hayati sinyaller
LKH veTedavi
•
•
•
•
•
•
ABC transporter inhibitörlerinin kullanımı
NF-kB nin hedeflenmesi
Kendi kendini yenileme yolağının hedeflenmesi
mTOR inhibisyonu
İmmünoterapi
LKH nin hedeflenmesi
59
LKH ve Tedavi
• Fare modellerinde CXCR4 antagonistlerinin AML’de
dolaşımdaki progenitör hücrelerin ve lösemik
hücrelerin mobilizasyonunu ve kemoterapinin etkisini
artırdığı bulundu.
• NF-kB antiapopitotik yolun inhibisyonunu sağlayan
Partenolid veya proteasom inhibitörleri akut ve kronik
lösemide tedavi seçeneği olabilir.
60
Parthenolide:
LKH-spesifik toxin?
Parthenolide
(PTL)
O
O
O
**IKK: IκB kinase complex
• Meksika-Hindistan şifalı
bitkilerindendir
• Antienflamatuvar ve analjezik etki
gösterir
• NF-kB nin potent inhibitorüdür
(**IKK üzerinden)
• Anti-tumör aktiviteye sahiptir.
Craig Jordan
61
Parthenolide NOD/SCID farelerde
LKH aktivitesini selektif olarak inhibe etmektedir!
62
Craig Jordan
LKH üzerine Rapamisin etkisi
• mTOR
aktivasyonu Rapamisin ile
inhibe edilir !
Rapamisin
• Rapamisinin
farede lösemiyi
önlediği gösterilmiştir.
• HKH
fonksiyonlarını normale
döndürür
Sean Morrison, Linheng Li, Andreas Trumpp
63
LKH ve İmmunoterapi
• CD44 MoAb (hyaluronik asit için ve kemik iliği niş komponentine
karşı reseptör) tedavisi AML ve KML modellerinde LKH’nin
engraftını önleyebilir.
• CD47 MoAb, fagositozu artırarak konağın doğal (innate) immün
cevabını tetikler.
• LKH’nin spesifik hedefi CD123 (IL-3 R α) e karşı MoAb olmalıdır.
Böylece kemik iliğine yerleşme (homing) ve sinyal yolakları
baskılanır.
64
LKH ve İmmunoterapi
HÜCRE YÜZEY BELİRTECİ
(Örn:CD123)
Y
Anti-CD123
HKH
LKH
Normal klon
Lösemik klon
65
AML Kök Hücresindeki IL-3 Belirtecine
(CD 123) Karşı İmmunoterapi
DT388
(G4S)2
IL-3
DT388-IL3 FÜZYON PROTEİNİ
(IL-3 ile füzyona uğratılmış difteri toksini)
•NOD/SCID model –
• DT(388)IL3 (2 microg),
• DT(388)GMCSF (2 microg),
• DAB(389)IL2 (2 microg),
• cytarabine (80 microg) veya anti-CD33-calicheamicin conjugataz (5
microg) iki haftalık enjeksiyonu
Black JH et al, Diphtheria toxin-interleukin-3 fusion protein
(DT(388)IL3) prolongs disease-free survival of leukemic
immunocompromised mice. Leukemia. 2003 Jan;17(1):155-9.
Sonuç olarak, LKH’sini
•
•
•
•
tanımak önemlidir !!!
Hastalıkların tanı ve sınıflandırmasının yapılması
Prognozun belirlenerek tedaviye karar verilmesi
Yeni biyobelirteçlerin geliştirilmesi
Normal kök hücreler korunurken LKH’de aktif olan
moleküler yolakları özel olarak bozan yeni tedavilerin
geliştirilmesi
67
DİKKAT VE SABRINIZ İÇİN
TEŞEKKÜRLER…
• “Çalışmadan, öğrenmeden, yorulmadan rahat
yaşamanın yollarını alışkanlık haline getirmiş milletler;
evvela haysiyetlerini, sonra hürriyetlerini ve daha sonra
da istikballerini kaybetmeye mahkumdurlar.”
68