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Die primären genetischen Veränderungen gastraler MALT-Lymphome zeigen verschiedene Pathogenesen auf. In 20 bis 30 Prozent der DLBCL kann eine Translokation t(14;18)(q32;q21) nachgewiesen werden, bei der das antiapoptotisch wirkende Bcl-2-Gen transloziert wird. Dies führt zu einer Überexpression von Bcl-2. Die Translokation t(11;18)(q21;q21) wurde in bis zu 50 Prozent der MZBZL vom MALT-Typ und wenigen DLBZL nachgewiesen. Dabei werden unterschiedlich lange Teile des MALT1-Gens in BIRC3 (ehemals: Apoptose- Inhibitor- Gen API2) auf 11q21 integriert. Mit den Translokationen scheint man bei einem Teil der gastrointestinalen Lymphome die primäre genetische Veränderung entdeckt zu haben. Bei Lymphomen, bei denen die Pathogenese nicht durch Translokationen vorangetrieben wird, könnten die gleichen, von Translokationen betroffen Gene durch Amplifikationen/ Mutationen überexprimiert/ aktiviert werden. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden die Gene MALT1 und Bcl-2 hinsichtlich Amplifikationen der genomischen DNA untersucht. Amplifikationen des Bcl-2-Gens konnten kürzlich bei einigen t(14;18)(q32;q21)-negativen DLBCL und follikulären Lymphomen nachgewiesen und auch im Rahmen dieser Doktorarbeit gezeigt werden. Mittels semiquantitativer PCR konnte in vier von 30 untersuchten DLBCL-Fällen (13,3 Prozent) eine Amplifikation des Bcl-2-Gens nachgewiesen werden. Die Hypothese, dass Bcl-2-Amplifikation mit folgender Überexpression des Bcl-2-Proteins (neben Bcl-2-Translokation) eine wichtige Rolle in der Pathogenese bei DLBCL spielt, wird mit diesen Ergebnissen gestützt. Zudem zeigten zwei von 14 MZBZL-Fällen (14,3 Prozent) eine Bcl-2-Amplifikation. Hieraus ergibt sich die Vermutung, dass Bcl-2 auch eine wichtige Rolle bei der Entstehung der MZBZL vom MALT-Typ spielen könnte. Bisher konnten Bcl-2-Gen-Beteiligungen (zum Beispiel t(14;18)(q32;q21)) nicht nachgewiesen werden. Amplifikationen des MALT1-Gens wurden kürzlich als mögliche primäre Ursache für die Entstehung von Lymphomen beschrieben. In vier der 30 untersuchten DLBCL-Fällen (13,3 Prozent) und einem t(11;18)(q21;q21)-negativem MZBZL-Fall konnten mittels semiquantitativer PCR Amplifikationen von MALT1 detektiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass MALT1 als dominantes Onkogen in der Pathogenese von gastralen MZBZL vom MALT-Typ und primär gastralen DLBCL zu agieren scheint. Es kann sowohl durch Translokationen, wie auch durch genomische Amplifikationen dysreguliert werden.
Gastrointestinale Lymphome des MALT sind heute als eigenständige Entität anerkannt. Sie zeichnen sich durch morphologische, molekularbiologische, ätiopathogenetische und biologische Besonderheiten aus, die sie von den nodalen Lymphomen abgrenzen lassen. Im Rahmen der Würzburger Multicenterstudie „Gastrointestinale Lymphome II“ soll die Frage geklärt werden, ob in den lokalisierten Stadien I und II primärer Magenlymphome unter Berücksichtigung der posttherapeutischen Lebensqualität der operativen oder einer primär konservativen Therapie (Chemo- oder Radiotherapie) Vorzug gegeben werden soll. Von 1998 bis 2002 wurden dazu 49 Patienten mit neu diagnostiziertem niedrig- (n=19) oder hochmalignen (n=30) NHL des Magens in die Studie eingeschlossen. Nach zentraler Randomisierung wurden die Patienten mit low grade NHL der Operation (n=10) oder der Radiotherapie (n=9) zugeteilt. Die Patienten mit high grade NHL erhielten Operation plus Chemotherapie (n=16) oder alleinige Chemotherapie (n=14). Das mediane follow up betrug 74 Monate. Sowohl das operative als auch das konservative Vorgehen zeigten bei beiden Lymphomhistologien überaus hohe Remissionsraten in den Stadien EI und EII (CR um 90%). Unterschiede zwischen den Behandlungsmethoden konnten, evtl. auch bedingt durch die kleinen Gruppengrößen, nicht nachgewiesen werden. Insgesamt verstarben sechs Patienten, die sich in etwa gleichmäßig auf die Gruppen verteilten. Die Auswertung der Fragebögen zur Lebensqualität ergab gemäß SF-36 durchaus hohe Werte zur posttherapeutischen Lebensqualität. Eine Differenzierung der Patienten nach Behandlungsmethode oder Malignitätsgrad (low, high grade) war nicht möglich. Der Lebensqualitätsindex nach Troidl ließ einen prä-post-therapeutischen Vergleich zu: Betrachtet man die Kombination von Therapie und Malignitätsgrad, so fallen konservativ therapierte Patienten (unabhängig vom Malignitätsgrad) durch deutlich ansteigende Lebensqualität auf. Es lässt sich festhalten, dass bei primär gastrointestinalen Lymphomen sowohl mit operativem als auch konservativem Vorgehen hohe Remissionsraten erzielt werden können. Jedoch sind im Hinblick auf Organerhalt und die höhere post-therapeutische Lebensqualität die primäre Radio- und/oder Chemotherapie dem operativen Vorgehen vorzuziehen.
In this thesis, the development of a phylogenetic DNA microarray, the analysis of several gene expression microarray datasets and new approaches for improved data analysis and interpretation are described. In the first publication, the development and analysis of a phylogenetic microarray is presented. I could show that species detection with phylogenetic DNA microarrays can be significantly improved when the microarray data is analyzed with a linear regression modeling approach. Standard methods have so far relied on pure signal intensities of the array spots and a simple cutoff criterion was applied to call a species present or absent. This procedure is not applicable to very closely related species with high sequence similarity because cross-hybridization of non-target DNA renders species detection impossible based on signal intensities alone. By modeling hybridization and cross-hybridization with linear regression, as I have presented in this thesis, even species with a sequence similarity of 97% in the marker gene can be detected and distinguished from related species. Another advantage of the modeling approach over existing methods is that the model also performs well on mixtures of different species. In principle, also quantitative predictions can be made. To make better use of the large amounts of microarray data stored in public databases, meta-analysis approaches need to be developed. In the second publication, an explorative meta-analysis exemplified on Arabidopsis thaliana gene expression datasets is presented. Integrating datasets studying effects such as the influence of plant hormones, pathogens and different mutations on gene expression levels, clusters of similarly treated datasets could be found. From the clusters of pathogen-treated and indole-3-acetic acid (IAA) treated datasets, representative genes were selected which pointed to functions which had been associated with pathogen attack or IAA effects previously. Additionally, hypotheses about the functions of so far uncharacterized genes could be set up. Thus, this kind of meta-analysis could be used to propose gene functions and their regulation under different conditions. In this work, also primary data analysis of Arabidopsis thaliana datasets is presented. In the third publication, an experiment which was conducted to find out if microwave irradiation has an effect on the gene expression of a plant cell culture is described. During the first steps, the data analysis was carried out blinded and exploratory analysis methods were applied to find out if the irradiation had an effect on gene expression of plant cells. Small but statistically significant changes in a few genes were found and could be experimentally confirmed. From the functions of the regulated genes and a meta-analysis with publicly available microarray data, it could be suspected that the plant cell culture somehow perceived the irradiation as energy, similar to perceiving light rays. The fourth publication describes the functional analysis of another Arabidopsis thaliana gene expression dataset. The gene expression data of the plant tumor dataset pointed to a switch from a mainly aerobic, auxotrophic to an anaerobic and heterotrophic metabolism in the plant tumor. Genes involved in photosynthesis were found to be repressed in tumors; genes of amino acid and lipid metabolism, cell wall and solute transporters were regulated in a way that sustains tumor growth and development. Furthermore, in the fifth publication, GEPAT (Genome Expression Pathway Analysis Tool), a tool for the analysis and integration of microarray data with other data types, is described. It consists of a web application and database which allows comfortable data upload and data analysis. In later chapters of this thesis (publication 6 and publication 7), GEPAT is used to analyze human microarray datasets and to integrate results from gene expression analysis with other datatypes. Gene expression and comparative genomic hybridization data from 71 Mantle Cell Lymphoma (MCL) patients was analyzed and allowed proposing a seven gene predictor which facilitates survival predictions for patients compared to existing predictors. In this study, it was shown that CGH data can be used for survival predictions. For the dataset of Diffuse Large B-cell lymphoma (DLBCL) patients, an improved survival predictor could be found based on the gene expression data. From the genes differentially expressed between long and short surviving MCL patients as well as for regulated genes of DLBCL patients, interaction networks could be set up. They point to differences in regulation for cell cycle and proliferation genes between patients with good and bad prognosis.
Mantelzell-Lymphome gehören mit einem Anteil von ca. 5-10 % der B-Zellneoplasien zu den aggressiven lymphatischen Tumoren und sind, neben der histologisch-morphologischen und klinischen Präsentation, in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle durch eine chromosomale Translokation t(11;14) sowie die Expression der Oberflächenmarker CD5, CD20 und Cyclin D1 gekennzeichnet (sog. Cyclin D1-posive Tumoren). Bei einigen fehlt jedoch eine Expression von Cyclin D1 (sog. Cyclin D1-negative Tumoren). Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die genetische Charakterisierung von 77 Mantellzell-Lymphomen mittels komparativer genomischer Hybridisierung, die Detektion vorhandener chromosomaler Imbalanzen sowie der Vergleich beider Gruppen bezüglich ihrer Aberrationsmuster.
MALT-Lymphome der Lunge gehören als extranodale Marginalzonen-B-Zell-Lymphomen zu den malignen Non-Hodgkin-Lymphomen. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass rekurrenten genetischen Translokationen eine wichtige Rolle bei der Tumorgenese zukommt. Eine zentrale Rolle nimmt die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NFkappaB ein, die Folge solcher rekurrenter Translokationen (z.B. t(11;18)(q21;q21), t(14;18)(q32;q21), t(1;14)(p22;q32)) und numerischer Chromosomenaberrationen (Trisomie 3, Trisomie 18) ist. In der vorliegenden Arbeit haben wir 60 Fälle extranodaler Marginalzonen-B-Zell-Lymphome der Lunge bezüglich der genannten genetischen Translokationen untersucht. Es ist dies die größte bisher in der Literatur beschriebene Serie von MALT-Lymphomen in dieser Lokalisation. Die Untersuchung der t(11;18) ergab in der vorliegenden Arbeit eine geringere Häufigkeit als in der Literatur beschrieben, wobei zu berücksichtigen ist, dass die bisher vorgestellten Studien deutlich geringere Fallzahlen aufwiesen. Bezüglich der Translokationen t(14;18), t(1;14), t(3;14) und der Trisomie 3 waren in der vorliegenden Studie ähnliche Häufigkeiten zu finden, wie sie in der Literatur beschrieben sind. Als möglichen alternativen Aktivierungsweg des Zellzyklus zeigte sich in dieser Studie neben den genannten Translokationen sowohl eine Trisomie 3 als auch eine Amplifikation der Genkopienzahl von MALT1. Im Vergleich der genetischen und immunhistochemischen Ergebnisse bezüglich der FOXP1- und der BCL10-Expression zeigte sich für FOXP1 eine hohe Korrelation zwischen immunhistologischer Expression und genetischem Nachweis einer Genaktivierung, während für BCL10 eine starke Diskrepanz bezüglich Sensitivität und Spezifität gefunden wurde, so dass die immunhistologische Analyse nur einen Hinweis auf das Vorliegen einer genetischen Translokation zu geben vermag, aber nicht als Surrogatmarker zu verwenden ist.
Ziel der in der vorliegenden Arbeit beschriebenen Untersuchungen war eine nähere Charakterisierung von peripheren T-Zell-Lymphomen (PTCL). Hierfür wurden im Wesentlichen zwei Ansätze verfolgt: Im ersten Ansatz sollten für die Tumorzellen der verschiedenen PTCL korrespondierende Normalzellen identifiziert werden, um deren Eigenschaften und Funktionen mit denen der neoplastischen Zellen vergleichen zu können. Im zweiten Ansatz sollten die hierdurch gewonnenen Erkenntnisse in weiterführende Untersuchungen umgesetzt werden, um Hinweise auf die Mechanismen der Tumorzelltransformation in den verschiedenen PTCL zu erhalten. Zur Bearbeitung des ersten Ansatzes wurde eine PCR-basierte Methode entwickelt, mit der sich das in den Tumorzellen klonal rearrangierte T-Zell-Rezeptor (TCR)Vbeta-Segment bestimmen lässt, um anschließend den Phänotyp der Tumorzellen unter Zuhilfenahme eines gegen dieses Segment gerichteten Antikörpers in immunhistochemischen Mehrfachfärbungen zu definieren. Es konnte gezeigt werden, dass sich angioimmunoblastische T-Zell-Lymphome (AILT) und großzellig anaplastische Lymphome (ALCL) jeweils einer T-Effektorzell-Population und eine Untergruppe der peripheren T-Zell-Lymphome, nicht weiter spezifiziert (PTCL-NOS) einer T-Gedächtniszell-Population zuordnen lassen. Ausgehend vom Phänotyp bereits bekannter T-Zell-Subpopulationen wurde darüber hinaus versucht, aus der heterogenen Gruppe der PTCL-NOS weitere Untergruppen einem bestimmten T-Zell-Entwicklungsstadium zuzuordnen. Die diesbezüglichen Ergebnisse legen nahe, dass es eine seltene Gruppe von PTCL gibt, die sich von regulatorischen T-Zellen ableitet, und sich durch einen sehr aggressiven Krankheitsverlauf auszeichnet. Diese Erkenntnis könnte in Zukunft Auswirkungen auf das therapeutische Vorgehen, beispielsweise in Form einer individuell abgestimmten, aggressiveren Therapie, haben. Als wegweisender Nebenbefund der durchgeführten PCR-basierten immun-histochemischen Untersuchungen sind die Ergebnisse der Analysen von ALCL anzusehen. Bei diesen Tumoren konnte gezeigt werden, dass die fehlende Expression von TCR sowie TCR-assoziierten Molekülen trotz des Vorhandenseins klonal rearrangierter TCR ein wesentliches Merkmal dieser Entität darstellt. Diese Erkenntnis stellt eine neue vereinigende Eigenschaft von ALK- (anaplastic lymphoma kinase) und ALK+ ALCL dar, die insbesondere auch zur Abgrenzung gegenüber anderen CD30+ PTCL in der Diagnostik herangezogen werden kann. Inwiefern das Fehlen der über den TCR vermittelten Signale, die normalerweise über den JAK/STAT Weg die Proliferation hemmen und letztlich zu Wachstumsstopp und Apoptose führen, auch zur Tumorzelltransformation beiträgt, muss in weiteren Untersuchungen geklärt werden. TCR-knock-out/down Experimente bzw. die Reexpression eines TCR in entsprechenden ALCL-Zelllinien könnten diese Aspekte weiter beleuchten. Ein weiterer interessanter Aspekt sind die Parallelen zu dem morphologisch ähnlichen Hodgkin-Lymphom, das sich von B-Zellen ableitet, jedoch ebenfalls keinen B-Zellrezeptor (BCR) exprimiert. Das abberante TCR/BCR-Signaling könnte zu der ungewöhnlichen, anaplastischen Morphologie der neoplastischen Zellen in beiden Lymphomen beitragen, da auch Veränderungen des Aktin-Zytoskeletts durch diese Signalkaskaden vermittelt werden. Hier könnten insbesondere vergleichende Untersuchungen zu einem besseren Verständnis dieser Tumoren beitragen. Der Befund, dass die Tumorzellen des AILT einen Effektorzellphänotyp aufweisen, hat uns dazu veranlasst, nach Ursachen zu suchen, die in den Tumorzellen die bei diesem Zelltyp zu erwartende Apoptose verhindern. SNP-Analysen und immunhistochemische Untersuchungen der Apoptose-assoziierten CTLA-4- und FAS-Gene bzw. deren Expression haben jedoch keine Hinweise auf einen hier gelegenen Apoptosedefekt ergeben. Es sind somit weiterführende Untersuchungen der FAS- und CTLA-4-Signalwege sowie anderer Apoptose-assoziierter Moleküle nötig, um der nach wie vor naheliegenden Hypothese eines Apoptosedefekts als pathogenetisch relevanten Faktor in AILT nachzugehen. Aus den in der vorliegenden Arbeit beschriebenen Untersuchungen haben sich zahlreiche neue Aspekte ergeben, die Ausgangspunkt für ein besseres Verständnis der Biologie dieser Erkrankungen sein können. Nicht zuletzt könnten diese Ergebnisse dazu beitragen eine Klassifikation der T-Zell-Lymphome zu erstellen, die sich analog zu der Klassifikation der B-Zell-Lymphome an der korrespondierenden Normalzelle orientiert und letztlich die Diagnostik und Therapie und damit die Prognose dieser Tumoren verbessert.