Stefanie Wittmann

• Der Wilms Tumor (WT), auch Nephroblastom genannt, zählt zu den im Kindesalter am häufigsten auftretenden malignen Tumoren und entsteht meist unilateral (90 – 95 %) und sporadisch (98 – 99 %). Leider sind bis heute die molekularen Ursachen, die zur Entwicklung dieser Tumoren führen nur unzureichend aufgeklärt. So werden bisher nur drei Gene mit dem Auftreten von WT in Verbindung gebracht: WT1, CTNNB1 und WTx. Während WT1 und CTNNB1 jeweils Mutationsraten von etwa 10 – 15 % aufweisen, die zudem häufig gemeinsam vorliegen, werden für WTxDer Wilms Tumor (WT), auch Nephroblastom genannt, zählt zu den im Kindesalter am häufigsten auftretenden malignen Tumoren und entsteht meist unilateral (90 – 95 %) und sporadisch (98 – 99 %). Leider sind bis heute die molekularen Ursachen, die zur Entwicklung dieser Tumoren führen nur unzureichend aufgeklärt. So werden bisher nur drei Gene mit dem Auftreten von WT in Verbindung gebracht: WT1, CTNNB1 und WTx. Während WT1 und CTNNB1 jeweils Mutationsraten von etwa 10 – 15 % aufweisen, die zudem häufig gemeinsam vorliegen, werden für WTx Mutationsraten von etwa 30 % beobachtet. Die genetischen Alterationen der anderen Tumoren sind noch immer komplett unbekannt. Ziel dieser Arbeit war aus diesem Grund die Identifikation von relevanten Regionen und Genen, die an der Entstehung bzw. dem klinischen Fortschreiten von Wilms Tumoren beteiligt sind. Zusätzlich sollten weitere Untersuchungen zur Einschätzung ihres prognostischen Potenzials dienen. In einem ersten Ansatz wurden die Chromosomenbereiche 11q und 16q in einer großen Anzahl von Wilms Tumoren auf LOH (=loss of heterozygosity), d.h. den (partiellen) Verlust von genetischem Material, untersucht. In beiden Fällen wurden erhöhte LOH-Raten von etwa 20 % beobachtet, jedoch war keine Eingrenzung der relevanten Regionen möglich, da Allelverluste nicht stets ab einem bestimmten Marker beobachtet wurden. Ein Vergleich mit der Histologie ergab signifikante Assoziationen der Allelverluste mit anaplastischen und Mischtyp-Tumoren (nur für LOH 11q), wohingegen kaum LOHs in epithelialen und stromareichen Tumoren festgestellt wurden. Somit scheinen auf 11q und 16q Gene vorzuliegen, die einerseits die Differenzierung in Epithel und Stroma begünstigen oder andererseits ein blastemreiches und anaplastisches Erscheinungsbild verhindern. Jedoch könnte auch die Assoziation von bestimmten Subtypen mit LOH 11q und 16q auf eine Entstehung aus unterschiedlichen Zellen hindeuten. Weiterhin war das Auftreten von LOH, v.a. wenn jeweils der komplette Chromosomenarm betroffen war, mit einem erhöhten Rezidiv- und Sterberisiko (nur LOH 11q) verbunden. Somit konnte gezeigt werden, dass LOH-Untersuchungen auf 11q und 16q zur Identifikation von Hochrisikopatienten für die Entwicklung von Rezidiven bzw. erhöhter Mortalität eingesetzt werden können, wodurch eine individuelle Anpassung der Therapiemaßnahmen ermöglicht wird. In einem zweiten Ansatz wurden eine Reihe von bereits publizierten potenziellen Markergenen in einer großen Anzahl von Wilms Tumoren mit Hilfe der Realtime RT-PCR auf ihre Relevanz überprüft. Allen diesen Genen wurde zuvor eine Funktion bei der histologischen Klassifikation der Tumoren bzw. bei der Vorhersage bestimmter klinischer Verläufe zugeschrieben. Die univariate Analyse diente der Beurteilung der Relevanz einzelner Gene, wohingegen die multivariate Analyse zur Bestimmung von prognostischen Genkombinationen eingesetzt wurde. Anschließend erfolgte die Validierung mittels eines zweiten und unabhängigen Tumorsatzes. Auch wenn viele der bereits publizierten Marker und in der ersten Analyse erhaltenen Assoziationen in einem weiteren und unabhängigen Tumorsatz nicht verifizierbar waren, konnten dennoch einige frühere Ergebnisse repliziert und die Relevanz der entsprechenden Gene nachgewiesen werden. Neben der Verbindung der Repression von HEY2 und TRIM22 mit Hochrisikotumoren bzw. einer höheren Sterbewahrscheinlichkeit fanden sich schwach signifikante Assoziationen auch für die verminderte Expression von TRIM22 und VEGF mit der Histologie. Ebenso waren erhöhte Level von TERT und die Repression von TRIM22 mit der Entwicklung eines Rezidivs verbunden. Vor allem aber die Korrelation der Repression von HEY2 und VEGF sowie einer Überexpression von CA9 mit Rezidiven, Tumoren hoher Malignität oder primären Metastasen verweisen auf die Notwendigkeit, besonders die Hypoxie- und Angiogenese-Signalkaskaden in Wilms Tumoren zu untersuchen, um deren Einfluss v.a. auf das Fortschreiten und die Ausbreitung der Tumoren zu evaluieren. Auch wenn die multivariate Analyse nicht zu relevanten Genkombinationen führte, konnte hier dennoch eine schwache Assoziation der verminderten Expression von TOP2A und TRIM22 mit primären Metastasen oder einer erhöhten Mortalität, sowie der Überexpression von TERT mit der Rezidivbildung bestätigt werden. Interessanterweise stellte sich die Histologie, die derzeit das Hauptkriterium für die Risikoklassifikation darstellt, weder als geeigneter prognostischer Marker für die Beurteilung des Rezidiv- noch des Sterberisikos heraus. Somit sollten Realtime RT-PCR Analysen in Zukunft als weiterer Faktor zur Beurteilung des Rezidiv- und Sterberisikos eingesetzt werden, um eine individuelle Anpassung der Therapie zu ermöglichen. Basierend auf den Ergebnissen der Realtime RT-PCR Analyse wurde der Einfluss der Expression ausgewählter Gene auf Primärkulturen, die aus nativem Wilms Tumormaterial gewonnen wurden, untersucht. Nach der Überexpression von HEY2, EGR1, MYCN und TRIM22 wurden bei allen Zellen hohe Sterberaten beobachtet, v.a. bei HEY2 und EGR1. Leider konnte weder für HEY2 noch für EGR1 der Grund hierfür aufgeklärt werden, allerdings war bei EGR1 weder die Apoptose noch die Seneszenz beteiligt. Im Gegensatz hierzu wurde die Apoptose als entscheidender Mechanismus bei MYCN und v.a. TRIM22 ermittelt. Außerdem scheint bei MYCN ein großer Anteil an Zellen in die Seneszenz einzutreten. Auch wenn diese ersten Untersuchungen an Primärkulturen von Wilms Tumoren eindeutig die Relevanz dieser Gene für die Entwicklung bzw. das Fortschreiten der Tumoren bestätigten, so sind trotz alledem weitere Experimente v.a. in einer größeren Anzahl genetisch unterschiedlicher Primärkulturen nötig, um das endgültige Potenzial dieser Gene aufzuklären.…
• Wilms tumor (WT), also called Nephroblastoma, belongs to the most common malignant tumors occurring in childhood. Most of these Wilms tumors develop unilaterally (90 – 95 %) and sporadically (98 – 99 %). Unfortunately, only little is known about the molecular background underlying their development with only three genes known so far: WT1, CTNNB1 and WTx. Mutations in WT1 and CTNNB1 occur only in a minor fraction of Wilms tumors of about 10 - 15 % and are often associated with each other, while mutations in WTx can be found in about 30 % ofWilms tumor (WT), also called Nephroblastoma, belongs to the most common malignant tumors occurring in childhood. Most of these Wilms tumors develop unilaterally (90 – 95 %) and sporadically (98 – 99 %). Unfortunately, only little is known about the molecular background underlying their development with only three genes known so far: WT1, CTNNB1 and WTx. Mutations in WT1 and CTNNB1 occur only in a minor fraction of Wilms tumors of about 10 - 15 % and are often associated with each other, while mutations in WTx can be found in about 30 % of tumors. The genetic alterations of the other tumors are completely unknown. Hence, the aim of this thesis was to identify important regions and genes that are involved in Wilms tumor formation and/or progression and to further characterize their potential as markers for the prediction of certain clinical outcomes. First, chromosome arms 11q and 16q were screened for LOH (= loss of heterozygosity), which means the (partial) loss of the genome in a cell, in a large cohort of Wilms tumors. In both regions LOH rates of about 20 % were detected, but since allele losses did not always start at the same marker in the different tumors it was not possible to delimit any relevant subregions. Since there were significantly higher rates of allele loss in anaplastic and mixed-type (only 11q) tumors and almost no allele loss in epithelial and stromal tumors, 11q and 16q must contain genes that either facilitate the epithelial and stromal differentiation of cells or hamper the appearance of blastemal and anaplastic phenotypes. Otherwise, the obvious possibility to discriminate these histological subtypes by allele loss on 11q and 16q might be explained by a development from different precursor cells. Higher rates of LOH could also be linked to higher risks for relapse and death (11q only), especially when the whole chromosome arms were involved. Therefore, investigation of LOH on 11q and 16q may help to adjust the therapeutic regimens by identifying high-risk patients for relapse and death. A second approach was to reinvestigate the expression of a number of published marker genes in a larger set of Wilms tumors with a uniform method, the realtime RT-PCR. All of the genes were suggested to facilitate classification and/or prediction of certain clinical outcomes. Univariate analysis was performed to screen for relevant genes, followed by multivariate analysis to search for predictive gene combinations. Finally, validation of associations found in the first cohort was performed in a second and independent tumor set. Unfortunately, many of the previously published markers as well as associations of the first tumor set could not be verified in a new and independent tumor set. Nevertheless, it was possible to replicate the results of a number of genes and evidence their prognostic relevance. These included the repression of HEY2 and TRIM22 for high-risk tumors or mortality. Weaker correlations were verified for the repression of TRIM22 and VEGF with the histological risk and for overexpression of TERT and repression of TRIM22 with later relapse. Since the weaker expression of HEY2 and VEGF as well as the overexpression of CA9 was significantly linked to relapse, high malignant tumors or metastasis the hypoxia / angiogenesis pathways should be investigated in Wilms tumors especially with regard to the progression and spreading of tumors. Finally, multivariate analysis substantiated a weak association of repression of TOP2A and TRIM22 with metastasis or death and of overexpression of TERT with subsequent relapse. Most interestingly, histology, the current gold standard used for prediction of risks for relapse and death, could not be verified as potent prognostic factor for neither of them. Hence, realtime RT-PCR analyses can aid in stratification of tumors and prediction of relapse and death risks to intensify therapy for high-risk patients on one hand and to reduce therapy and side-effects in low-risk patients on the other hand. Based on the results of the realtime RT-PCR analyses the expression of several genes was ascertained in primary cell cultures cultivated from native Wilms tumor material. Overexpression of MYCN, TRIM22 and especially HEY2 and EGR1 by viral transduction resulted in high rates of cell death. Unfortunately, the underlying mechanism of death could be determined neither for HEY2 nor for EGR1, though for EGR1 the involvement of apoptosis and senescence could be excluded. In contrast, death in MYCN and especially in TRIM22 overexpressing cells could be attributed to high rates of apoptosis. Furthermore, a large fraction of MYCN cells seem to enter cell senescence and stop to proliferate. These results clearly corroborate the proposed relevance of the investigated genes in the development and/or progression of Wilms tumors. Nevertheless, further experiments in different primary cell cultures of Wilms tumors are necessary to clarify the real potential of these genes.…