Akute megakaryozytäre Leukämie
AMKL ist ein Subtyp der AML, der durch abnorme Megakaryoblasten gekennzeichnet ist, die plättchenspezifische Oberflächenglykoproteine exprimieren. In der Knochenmarksbiopsie zeigt sich häufig eine ausgedehnte Myelofibrose, was die Aspiration bei diesen Patienten oft schwierig macht. AMKL ist bei Erwachsenen selten und tritt bei nur 1 % der AML-Patienten auf, macht aber zwischen 4 und 15 % der AML-Fälle im Kindesalter aus. In der Pädiatrie wird die Erkrankung in zwei große Untergruppen eingeteilt: AMKL bei Patienten mit Down-Syndrom (DS-AMKL) und AMKL bei Patienten ohne Down-Syndrom (non-DS-AMKL). AMKL ist die häufigste Form von AML bei Kindern mit Down-Syndrom, und die Inzidenz ist bei diesen Patienten 500-mal höher als in der Allgemeinbevölkerung. Somatische Mutationen in GATA1 werden in fast allen Fällen von DS-AMKL gefunden und gehen der Entwicklung der Leukämie voraus, wie ihr Vorhandensein bei Patienten mit transienter myeloproliferativer Erkrankung (TMD) in der Neugeborenenperiode zeigt. Bei der pädiatrischen Nicht-DS-AMKL handelt es sich um eine heterogene Gruppe von Patienten, von denen ein erheblicher Anteil chimäre Onkogene trägt, darunter RBM15-MKL1, CBFA2T3-GLIS2, NUP98-KDM5A und MLL-Gen-Rearrangements.
DS-AMKL ist mit einer hämatologischen Störung im Säuglingsalter verbunden, der so genannten TMD. Bei dieser Störung sammelt sich eine klonale Population von Megakaryoblasten im peripheren Blut an. Diese Blasten sind phänotypisch nicht von den leukämischen AMKL-Blasten zu unterscheiden, und in der Mehrzahl der Fälle kommt es ohne Behandlung innerhalb von drei Monaten zu einer Spontanremission. In etwa 20 % der TMD-Fälle entwickeln die Patienten MDS oder AMKL. Man geht davon aus, dass TMD in utero entsteht, da Mutationen in GATA1, der genetischen Läsion, die mit TMD assoziiert ist, bei Patienten, die an TMD litten, bereits bei der Geburt vorhanden waren. Die Exom-Sequenzierung von TMD hat gezeigt, dass die nicht stummen Mutationen in diesen Blasten hauptsächlich auf das GATA1-Gen beschränkt sind. Im Gegensatz dazu weisen AMKL-Blasten eine höhere Anzahl von Mutationen auf, wobei zusätzliche Läsionen in epigenetischen und Kinase-Signalgenen zum Fortschreiten der Krankheit führen. Insgesamt unterstützen diese Ergebnisse ein Modell, bei dem TMD-Blasten sekundär zu GATA1-Mutationen entstehen, diesen so genannten ersten Treffer erleiden und im Knochenmark persistieren. Dann können weitere Läsionen auftreten, die die für die Entwicklung einer ausgewachsenen Leukämie notwendigen kooperativen Ereignisse hervorrufen.
Die GATA-Proteine sind Transkriptionsfaktoren, von denen drei hauptsächlich in hämatopoetischen Zellen exprimiert werden (GATA1, GATA2 und GATA3). GATA1 ist für die Entwicklung von Erythrozyten, Megakaryozyten, Eosinophilen und Mastzellen erforderlich. Die bei DS-Patienten mit AMKL nachgewiesenen Mutationen bestehen aus kurzen Deletionen, Insertionen und Punktmutationen innerhalb von Exon 2, die ein vorzeitiges Stoppcodon einführen. Dieses kürzere mutierte Protein ist weiterhin in der Lage, DNA zu binden und mit seinem Kofaktor zu interagieren, doch fehlt ihm die Transkriptionsaktivierungsdomäne, so dass es ein geringeres Transaktivierungspotenzial hat. GATA1 ist in der Lage, linienspezifische Gene zu aktivieren und Vorläufererhaltungsgene zu unterdrücken, abhängig von den vorhandenen Kofaktoren. Die Deregulierung dieser Ziele trägt zu dem Differenzierungsstillstand bei, der bei dem verkürzten GATA1 zu beobachten ist, das nicht mehr in der Lage ist, die Transkription von linienspezifischen Genen zu aktivieren. Angesichts der Tatsache, dass nur 20 % der TMD zu Leukämie fortschreiten, stellt sich die Frage, welche nachfolgenden Ereignisse oder Veränderungen den präleukämischen Zustand in eine vollständig transformierte Malignität verwandeln. Die Exom-Sequenzierung und die gezielte Sequenzierung von 46 Genen haben Aufschluss über diese Frage gegeben. Dabei wurden wiederholt mutierte Gene in drei Hauptkategorien identifiziert: Kohäsin, epigenetische Regulatoren und Signalmoleküle. Dazu gehören die Gene des Kohäsin-Komplexes STAG2, RAD21, SMC3, SMC1A, NIPBL und CTCF, die Gene des PRC2-Komplexes EZH2 und SUZ12 sowie Kinasen wie JAK1, JAK2, JAK3, MPL, KRAS und NRAS.
t(1;22), das ausschließlich bei Säuglingen mit AMKL auftritt, fusioniert RBM15 und MKL1. MKL1 ist ein Transkriptions-Coaktivator für den Serum Response Factor (SRF), einen Transkriptionsfaktor, der die Expression von Genen reguliert, die an Zellwachstum, -proliferation und -differenzierung beteiligt sind, sowie von Genen, die das Aktinzytoskelett kontrollieren. In nicht stimulierten Zellen assoziiert MKL1 mit G-Actin-Monomeren und wird im Zytoplasma gehalten. Nach Stimulation und Rho-vermittelter Aktinpolymerisation sind die G-Aktin-Pools erschöpft, und MKL1 wandert in den Zellkern, wo es sich mit SRF verbindet und die Gentranskription aktiviert. RBM15 kodiert für ein Protein, das drei N-terminale RNA-Erkennungsmotive enthält, die an Nukleinsäuren binden, sowie eine C-terminale Domäne des Spen-Paralogs und -Orthologs (SPOC), von der man annimmt, dass sie mit den SMRT- und NCoR-Corepressor-Komplexen sowie mit RBPJ, einem Transkriptionsfaktor, der der Notch-Signalgebung nachgeschaltet ist, interagiert. Durch die Fusion von MKL1 mit RBM15 wird die normale intrazelluläre Lokalisierung von MKL1 dereguliert, so dass es konstitutiv im Zellkern lokalisiert wird, was zu einer SRF-Aktivierung auch in Abwesenheit von Stimuli führt. Neben dem SRF-Transkriptionsprogramm werden durch die Fusion auch RBPJ-Transkriptionsziele in abnormaler Weise aktiviert. Während beide Transkriptionsprogramme nachweislich durch das Fusionsgen dereguliert werden, ist das Ausmaß, in dem sie zur Transformation beitragen, noch unklar.
Bis vor kurzem war die genetische Ätiologie von Nicht-DS-AMKL mit Ausnahme der RBM15-MKL1-Fusion noch nicht geklärt. Bei der Transkriptomsequenzierung einer kleinen Kohorte wurde bei der Hälfte der Patienten eine kryptische Inversion auf Chromosom 16 identifiziert, die zur Verbindung von CBFA2T3, einem Mitglied der ETO-Familie nukleärer Corepressoren, mit GLIS2, einem Mitglied der GLI-Familie von Transkriptionsfaktoren, führte. Das Genexpressionsprofil der CBFA2T3-GLIS2-AML unterscheidet sich von dem der AMKL-Zellen, denen dieses chimäre Transkript fehlt, und von anderen genetischen Subtypen der pädiatrischen AML. Darüber hinaus führte das CBFA2T3-GLIS2-Fusionsgen zu einer schlechten Prognose, ein Befund, der inzwischen bestätigt wurde. Die Expression von CBFA2T3-GLIS2 in hämatopoetischen Zellen von Drosophila und Mäusen induziert die BMP-Signalisierung (bone morphogenic protein), einen Signalweg, der bisher nicht mit AML in Verbindung gebracht wurde, und führt zu einer deutlichen Steigerung der Selbsterneuerungskapazität hämatopoetischer Vorläuferzellen. CBFA2T3-GLIS2-exprimierende Zellen blieben in vitro wachstumsfaktorabhängig und lösten in Mäusen keine Leukämie aus, was auf die Notwendigkeit kooperativer Mutationen hinweist. Insgesamt ist die Gesamtbelastung durch somatische Mutationen in CBFA2T3-GLIS2-exprimierenden Fällen gering; es wurde jedoch festgestellt, dass mehrere Fälle entweder Läsionen in einem Januskinase(JAK)-Gen und/oder eine somatische Amplifikation der kritischen Down-Syndrom-Region auf Chromosom 21 aufweisen.
Zusätzlich zu CBFA2T3-GLIS2 tragen etwa 8% der pädiatrischen Nicht-DS-AMKL-Fälle die NUP98-KDM5A-Fusion. NUP98, ein Mitglied der Nukleoporin-Familie mit Transaktivierungsaktivität, das mit KDM5A, einem H3K4me3-bindenden PHD-Finger, fusioniert ist, wurde ursprünglich bei erwachsenen AML beschrieben. Wenn dieses Fusionsonkogen in das Knochenmark von Mäusen eingeschleust wird, führt es zu einem Stillstand der myeloischen Differenzierung, und die Mäuse entwickeln eine AML mit einer durchschnittlichen Latenzzeit von 69 Tagen. Wang und Kollegen wiesen nach, dass diese Fusion an H3K4me3-Mononukleosomen gebunden ist, was zeigt, dass der PHD-Finger eine Rolle bei der Ausrichtung der Fusion auf das Genom spielt. Interessanterweise ergab die Microarray-Analyse, dass mehrere Polycomb-Proteine, die H3K4me3-Markierungen tragen, als Reaktion auf die Fusion transkriptionell hochreguliert werden, während Hausgene mit konstitutiven H3K4me3-Markierungen unverändert bleiben. Zu den betroffenen Polycomb-Targets, die durch Chromatin-Immunpräzipitation bestätigt wurden, gehören Gene, die bei MLL-veränderter Leukämie hochreguliert sind, wie HOXA5, HOXA7, HOXA9, HOXA10, MEIS1 und PBX1. Darüber hinaus zeigen die Autoren eine Blockade der PRC2-Bindung, des Komplexes, der die Polycomb-Proteine durch transkriptionelle Unterdrückung der Zielgene antagonisiert. Die NUP98-KDM5A-Fusion ist also in der Lage, das Silencing kritischer Transkriptionsfaktoren zu verhindern, die bei der Aufrechterhaltung des hämatopoetischen Vorläuferstatus eine Rolle spielen, ähnlich wie bei MLL-Gen-Rearrangements. Es ist daher vielleicht nicht überraschend, dass MLL-AF9- und MLL-AF10-Fusionsereignisse auch bei Nicht-DS-AMKL nachgewiesen wurden. Da diese Läsionen auch bei anderen Subtypen der AML zu finden sind, gibt es wahrscheinlich zusätzliche Faktoren, die zur Entwicklung der megakaryoblastischen Erkrankung beitragen. Kooperierende Mutationen, die Zielzelle und die Mikroumgebung haben alle das Potenzial, die Abstammung während des Transformationsprozesses zu steuern.