Identification of novel therapeutic targets in mastocytosis: Inhibition of survival of neoplastic mast cells by targeting IAPs and TRAIL receptors

Grotha, Stefan Philipp (2011). Identification of novel therapeutic targets in mastocytosis: Inhibition of survival of neoplastic mast cells by targeting IAPs and TRAIL receptors. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Mastocytosis is a rare disease characterized by neoplastic accumulation of mast cells in various organs, particularly in skin and bone marrow. Sporadic mastocytosis is usually caused by somatic point mutations of the receptor tyrosine kinase KIT that occur in exon 17, codon 816, and activates KIT by affecting the intracellular enzymatic site of the molecule. Homeostasis of so altered mast cells is influenced on different levels. These cells show an elevated rate of proliferation and changes in cellular apoptosis. In this thesis the expression of the inhibitor of apoptosis protein (IAP) Survivin in neoplastic mast cells and its importance as a diagnostic marker or therapeutic target has been evaluated. For this purpose the Survivin content of normal and neoplastic mast cells was analyzed. Furthermore Survivin expression in mast cells of bone marrow samples from patients with mastocytosis and healthy donors was compared. The expression of Survivin protein in the neoplastic human mast cell line HMC-1 was downregulated by siRNA and apoptosis was subsequently induced with tyrosine kinase inhibitors or the death receptor ligand TRAIL. It is known from other hematopoietic neoplasia that Smac mimetics, inhibitors of the IAPs XIAP, cIAP1 and cIAP2, are potent therapeutics able to amplify the effect of classical cytotoxic therapies. Here the Smac mimetic LCL161 was used in combination with the tyrosine kinase inhibitor PKC412 and TRAIL to inhibit growth of the neoplastic mast cell line HMC-1. The expression of the IAP Survivin is enhanced in neoplastic altered mast cells and can be detected in significantly higher amounts in mast cell infiltrates of the bone marrow from patients with mastocytosis compared to healthy donors underlining its value as a diagnostic marker. Downregulation of Survivin protein as well as the use of the Smac mimetic LCL161 inhibited the growth of the neoplastic mast cell line HMC-1 synergistically with tyrosine kinase inhibitors and the death receptor ligand TRAIL. These results emphasize the relevance of cellular regulation of apoptosis as a future target for the therapy of mastocytosis.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

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Abstract

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Mastozytose ist eine seltene Erkrankung die durch eine neoplastische Akkumulation von Mastzellen in unterschiedlichen Organen, insbesondere der Haut und dem Knochenmark charakterisiert ist. Auslöser für die Mastozytose sind oftmals aktivierende somatische Punktmutationen in Exon 17, Codon 816 des Gens der Rezeptortyrosinkinase KIT, welche die intrazelluläre enzymatische Domäne des Rezeptors beeinflussen. Die Homöostase derartig veränderte Mastzellen ist auf mehreren Ebenen gestört. So konnte nicht nur eine erhöhte Proliferationsrate, sondern auch ein verändertes Apoptoseverhalten nachgewiesen werden. In dieser Arbeit wurde die Expression des inhibitor of apoptosis Proteins (IAP) Survivin in neoplastisch veränderten Mastzellen und seine Bedeutung als diagnostischer Marker sowie als therapeutisches Target untersucht. Hierzu wurden gesunde und neoplastisch veränderte Mastzellen auf ihren Survivingehalt hin überprüft sowie die Survivinexpression der Mastzellen in Knochenmarksstanzen von Mastozytosepatienten mit denen gesunder Probanden verglichen. Des weiteren wurde die Expression von Survivin in der neoplastischen Mastzelllinie HMC-1 mit Hilfe von siRNA herunterreguliert und Apoptose mithilfe von Tyrosikinaseinhibitoren und dem Todesrezeptorliganden TRAIL induziert. Aus anderen hämatopoetischen Neoplasien ist bekannt, dass sogenannte Smac mimetics, Moleküle, die die IAPs XIAP, cIAP1 und cIAP2 binden und inaktivieren können, potente Therapeutika sind, die in der Lage sind, die Wirkung klassischer zytotoxischer Therapien zu verstärken. Hier wurde das Smac mimetic LCL161 in Kombination mit dem Tyrosinkinaseinhibitoren PKC412 sowie TRAIL verwendet, um das Wachstum von HMC-1 Zellen zu hemmen. Das IAP Survivin wird verstärkt in neoplastisch veränderten Mastzellen exprimiert und ist in Mastzellinfiltraten im Knochenmark von Mastozytosepatienten in signifikant höheren Mengen nachzuweisen als in denen gesunder Probanden, was den Wert des Proteins als diagnostischen Marker herausstellt. Die Herunterregulierung des Survivin Proteins, ebenso wie der Einsatz des Smac mimetic LCL161 hemmte das Wachstum der neoplastischen Mastzelllinie HMC-1 im Synergismus mit Tyrosinkinaseinhibitoren oder dem Todesliganden TRAIL. Dies unterstreicht die Bedeutung der zellulären Apoptoseregulation als zukünftiges Ziel der medikamentösen Therapie der Mastozytose.

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