The Role of Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) in the Pathogenesis of murine Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL) - Analysis based on the TCL1 mouse model

Reinart, Nina (2009). The Role of Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) in the Pathogenesis of murine Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL) - Analysis based on the TCL1 mouse model. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Besides the genetic aberrations the interaction between the tumor cell and its microenvironment plays an important role in the leukemogenesis of chronic lymphocytic leukemia (CLL). Stimulation via extracellular factors is important for the survival of the CLL cell, since without this the CLL cell is driven into apoptosis when taken out of its micromilieu. Preliminary analyses showed that Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF), a chemokine with pro-inflammatory properties, is overexpressed in CLL. As MIF exerts regulatory control on cellular growth, -differentiation and apoptosis, this work tests the hypothesis whether MIF has a contribution in the pathomechanism of CLL development. To this end, we used the Eu-T-cell leukemia 1 (TCL1) mouse model (Bichi et al., 2002) in which B-cell specific overexpression of TCL1 leads to accumulation and organ infiltration by CD5+IgM+ mature B cells. The transgenic mice develop a CLL-like disease, which is manifested by leukemia, lymphadenopathy, hepatosplenomegaly, bone marrow infiltration as well as premature death after 8 to 15 months. The impact of MIF is tested in vivo by breeding the TCL1+/+ mouse to the MIF-/- mouse (Fingerle-Rowson et al., 2003). In this work, TCL1+/wt MIF+/+ and TCL1+/wt MIF-/- mice were compared with each other regarding the rate of leukemia development, tumor burden, hematopathological alterations, overall survival, cytogenetic changes as well as proliferative capacity and apoptosis. The known MIF cell surface receptors CD74/CD44 and CXCR2 are also expressed on the murine B cells. TCL1+/wt MIF+/+ mice show already in the pre-leukemic phase a higher number of CD5+IgM+ cells, and the development of a peripheral leukemia starts about three months earlier in TCL1+/wt MIF+/+ mice compared to TCL1+/wt MF-/- animals (p = 0.02). At the age of 12 months, organs like liver and spleen are infiltrated to a higher degree by small, mature and malignant B lymphocytes in the TCL1+/wt MIF+/+ than in the MIF-deficient mice. One reason for this could be the increased accumulation of CD68+ macrophages in the leukemia infiltrated spleens and bone marrow of the MIF wildtype mice (p < 0.0001). "nurse-like" cells (NLCs) act to protect the leukemic cells from apoptosis. This fits the observation that the rate of spontaneous apoptosis is elevated in the MIF-deficient leukemia infiltrated spleens in vivo, and that a trend towards higher rates of apoptosis can be seen in splenocytes of the TCL1+/wt MIF-/- mice ex vivo. These MIF-dependent effects even affect overall survival since in the MIF-/- mice, the overall median survival is prolonged by 80 days (TCL1+/wt MIF+/+ 380 days vs. TCL1+/wt MIF-/- 460 days, p = 0.04). An analysis of genomic aberrations by spectral karyotyping (SKY) of metaphases from leukemic splenocytes shows distinct genetic damages like trisomy, tetraploidy, translocations and deletions in both genotypes. An overexpression of the tumor suppressor p53 presumably due to an inactivating gene mutation was found in TCL1+/wt MIF+/+ mice at a higher frequency than in TCL1+/wt MIF-/- mice. Our analysis of the Eu-TCL1 mouse model shows that this is a valuable model for the validation of potential target molecules in the pathogenesis of CLL. We are able to demonstrate that MIF acts as a tumor promoter primarily by influencing the micromilieu in the early as well as in the late phase of leukemkia development. Further analyses are on the way which focus on the role of MIF in the function of the nurse-like cells in CLL and other tumor entities and which test the interaction of MIF and Akt.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Die Rolle von Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) in der Pathogenese muriner chronisch lymphatischer Leukämie - Analyse anhand des TCL1 Mausmodells	German

Translated abstract:

Abstract

Language

Die Interaktion zwischen Tumorzelle und Mikromilieu spielt in der Leukämogenese der chronisch lymphatischen Leukämie (CLL) neben den genetischen Schäden eine bedeutende Rolle. Eine Stimulation durch extrazelluläre Faktoren ist wichtig für das Überleben der CLL-Zelle, denn ohne diese wird die CLL-Zelle außerhalb ihres Mikromilieus in den programmierten Zelltod getrieben. Vorausgehende Untersuchungen zeigten, dass Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF), ein Chemokin mit proinflammatorischer Wirkung, in der CLL überexprimiert ist. Da MIF regulatorische Einflüsse auf Zellwachstum, -differenzierung und Apoptose besitzt untersucht diese Arbeit die Hypothese, ob MIF eine Rolle bei der Pathogenese der CLL zukommt. Wir benutzten zu diesem Zweck das Modell der Eu-T-cell leukemia 1 (TCL1)-transgenen Maus (Bichi et al., 2002), bei der eine B-Zell-spezifische Überexpression von TCL1 zu einer Akkumulation und Organinfiltration von CD5+IgM+ reifen B-Zellen führt. Die transgenen Mäuse entwickeln eine CLL-ähnliche Erkrankung, die sich in einer Leukämie, einer Lymphadenopathie, einer Hepatosplenomegalie, Knochenmarksinfiltration sowie frühzeitigem Tod nach 8 bis 15 Monaten manifestiert. Der Einfluss von MIF wird durch Verpaarung der TCL1+/+ Maus mit der MIF-/- Maus (Fingerle-Rowson et al., 2003) in vivo getestet. TCL1+/wt MIF+/+ und TCL1+/wt MIF-/- Mäuse wurden in dieser Arbeit hinsichtlich Geschwindigkeit der Leukämieentstehung, Tumorlast, hämatopathologischen Veränderungen sowie Proliferations- und Apoptoseverhalten miteinander verglichen. Die bekannten MIF-Oberflächenrezeptoren CD74/CD44 und CXCR2 sind auch auf den murinen B-Zellen exprimiert. Die TCL1+/wt MIF+/+ Mäuse zeigen schon in der präleukämischen Phase eine erhöhte Anzahl an CD5+IgM+ Zellen und TCL1+/wt MIF+/+ Mäuse entwickeln auch ca. 3 Monate vor den TCL1+/wt MIF-/- Mäusen eine periphere Leukämie (p = 0.02). Im Alter von 12 Monaten sind Leber und Milz durch Infiltration der Organe durch reife, kleinzellige maligne B-Lymphozyten in TCL1+/wt MIF+/+ Mäusen deutlich stärker betroffen als die Organe der MIF-defizienten Tiere. Ursächlich hierfür könnte eine vermehrte Akkumulation von CD68+ Makrophagen in den leukämisch infiltrierten Milzen der TCL1+/wt MIF+/+ Mäuse sein (p < 0.0001), die als sogenannte "nurse-like cells" (NLCs) die Leukämiezellen vor der Apoptose schützen. Dazu passt, das die Rate an spontaner Apoptose in MIF-defizienten leukämisch infiltrierten Milzen in vivo erhöht ist und ein Trend zu vermehrter Apoptose ex vivo bei den TCL1+/wt MIF-/- Splenozyten zu beobachten ist. Diese MIF-bedingten Unterschiede wirken sich sogar auf das Gesamtüberleben aus, denn in den MIF-/- Mäusen beobachten wir eine Verlängerung des medianen Überlebens von 80 Tagen (TCL1+/wt MIF+/+ 380 Tage vs. TCL1+/wt MIF-/- 460 Tage, p = 0.04). Eine Analyse der erworbenen Genomschäden mittels Spektralem Karyotyping (SKY) von Metaphasen leukämischer Splenozyten zeigt verschiedene genetische Aberrationen mit Trisomie, Tetraploidie, Translokationen und Deletionen in beiden Genotypen. Eine Überexpression des Tumorsuppressors p53 durch eine vermutlich inaktivierende Genmutation wurde häufiger in den TCL1+/wt MIF+/+ als in den TCL1+/wt MIF-/- Mäusen gefunden. Unsere Untersuchungen am Eu-TCL1 Mausmodell zeigen, dass es sich hier um ein geeignetes Modell für die Validierung von potentiellen Targetmolekülen bei der Pathogenese der CLL handelt. Wie zeigen, dass MIF sowohl in der frühen als auch in der späten Phase der CLL-Entstehung als Tumor-Promoter agiert und im Wesentlichen über Einflüsse des Mikromilieus auf die Leukämie seine Wirkung ausübt. Weitere Untersuchungen schliessen sich noch an, die die Rolle von MIF für die Funktion von nurse-like cells bei der CLL und anderen Tumorentitäten sowie den Einfluss von MIF auf den Akt-Pathway zum Fokus haben.

German

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