eRapport

Benmargendotelceller i utviklingen av akutt myelogen leukemi

Prosjekt
Prosjektnummer
911465
Ansvarlig person
Kimberley Joanne Hatfield
Institusjon
Helse Bergen HF
Prosjektkategori
Forskerutdanning - postdoc
Helsekategori
Cancer
Forskningsaktivitet
2. Aetiology
Rapporter
2014 - sluttrapport
Hovedmålet med prosjektet var å undersøke hvordan mikromiljøet, spesielt interaksjoner som finnes mellom leukemiceller og endotelceller, spiller en rolle i den aggressive kreftsykdommen akutt myelogen leukemi (AML). Vi har utarbeidet en modell for langtidskultur av leukemiske progenitorceller sammen med humane endotelceller som støtteceller. Endotelceller og leukemiceller ble dyrket sammen i 5-7 uker, før leukemicellene ble overført til et agar-lignende medium som stimulerer dannelsen av kolonier. Evnen til å danne kolonier representerer antallet progenitorceller som er tilstede i kulturen etter langtidsdyrkning. Vi observerte at leukemiceller fra noen pasienter hadde økt evne til å danne kolonier etter å ha vært dyrket i nærvær av endotelceller. I tillegg så fant vi en assosiasjon mellom gener involvert i regulering av cellesyklusen og leukemiceller sin evne til å danne kolonier in vitro. Vi har også undersøkt effekten av ulike medikamenter på stromaceller, både medikamenter som brukes i prekliniske og kliniske studier. Medikamentene hadde varierende effekter på stromaceller sin vekst og overlevelse, og noen av medikamentene hadde også pro-angiogene eller anti-angiogene effekter på endotelceller. Vi har tidligere vist at leukemiceller skiller ut ulike mediatorer som kan virke proangiogene (stimulere angiogenese). I et samarbeidsprosjekt med post.dok Lasse Evensen utviklet vi en in vitro metode for å undersøke leukemiceller sin evne til å stimulere endotelial nettverksdannelse. Med denne metoden identifiserte vi en subgruppe med pasienter som førte til økt nettverksdannelse hos endotelcellene. Resultatene viser at interaksjoner mellom endotelceller og leukemiceller er viktig i AML, og virkningen av nye medikamenter bør testes ut på både leukemicellene og stroma/endotelcellene. Studiene vil være et viktig bidrag for å øke forståelsen av endotelceller sin rolle i AML og hvordan mikromiljøet kan bidra til kjemoresistens og sykdomsutvikling.
2013
Det er omtrent 120 nye tilfeller av den aggressive kreftsykdommen akutt myelogen leukemi (AML) i Norge hvert år og det er hovedsakelig eldre personer (>60 år) som rammes. AML er en benmargssykdom, og i dette prosjektet prøver vi å forstå mer om hvordan leukemiceller påvirkes av en type benmargstromaceller som kalles endotelceller.Alle blodkar består av et tynt lag med endotelceller som dekker innsiden av karveggen. Disse cellene er involvert i viktige prosesser, inkludert inflammatoriske og immunologiske responser, kar permeabilitet og nykardannelse (angiogenese). Studier i dyremodeller tyder på at endotelceller er i nær kontakt med leukemiske stam/progenitorceller i benmargen hvor de også bidrar til å skape et miljø hvor leukemiske stamceller trives og oppholder seg. Endotelceller kan enten påvirke leukemicellene ved direkte celle-celle kontakt eller ved å skille ut mediatorer som stimulerer leukemicellene. I dette prosjektet har vi undersøkt hvordan endotelceller påvirker humane leukemiceller sin vekst over en lang tidsperiode med direkte celle-celle kontakt. Leukemiceller isolert fra AML pasienter ble inkubert sammen med endotelceller i 4-6 uker og deretter ble antall kolonidannende AML celler identifisert, som et mål på antall leukemiske progenitor/stamceller tilstede etter langtids-dyrkningen. Vi har også undersøkt hvilke mediatorer som ble frigitt av AML celler etter korttids- og langtidsdyrkning sammen med endotelcellene, og videre analyse av disse resultatene kan muligens si noe om hvilke signalmolekyler som kan være viktige for langtidsoverlevelse av leukemicellene. Endotelceller kan som nevnt ha en direkte effekt på AML celler sin vekst, og de kan også beskytte leukemiceller mot cytostatika-indusert celledød. Cytostatika og andre typer anti-leukemiske medikamenter virker direkte på kreftcellene, men de kan også virke direkte på normale celler som for eksempel endotelceller Vi undersøkte derfor hvordan ulike medikamenter som brukes i sykdoms-stabiliserende behandling av AML påvirker endotelceller, bl.a. all-trans retinoid syre, valproinsyre og lavdose cytarabin ble undersøkt i funksjonelle eksperimentelle studier med endotelceller. Valproinsyre og cytarabin inhiberte veksten av endotelceller, mens retinoidsyre og valproinsyre endret funksjonelle egenskaper hos endotelceller som er viktige for angiogenese, bl.a. hadde de en effekt på migrasjon og tubedannelse. For å konkludere, så kan disse medikamentene virke direkte på kreftcellene, men funnene våre viser at medikamentene også kan virke direkte på endotelceller, som da muligens kan bidra til en indirekte anti-leukemisk effekt ved å påvirke prosesser (endotelial migrering og tubedannelse) som er involvert i benmargsangiogenese i AML. Funnene fra dette prosjektet tyder på at det er et viktig samspill mellom endotelceller og leukemiceller i AML, og i det videre arbeidet vil vi undersøke hvilke signalmolekyler som synes å være sentrale i stimulering av leukemisk vekst og overlevelse.
2012
Leukemiceller befinner seg i et dynamisk mikromiljø i benmargen, hvor de blir påvirket av nærmiljøet sitt. Dette prosjektet tar sikte på å få mer kunnskap om rollen til endotelceller i akutt myelogen leukemi (AML).AML er en svært aggressiv kreftssykdom som hovedsakelig rammer eldre. Kreften kjennetegnes ved at umodne blodceller, såkalt myeloid celler, vokser og deler seg ukontrollert i benmargen, noe som resulterer i benmargssvikt. Benmargen består av ulike typer hematopoietiske celler, stromale celler, i tillegg til ekstracellulær matrix og blodkar. De hematopoietiske stamcellene befinner seg i spesialiserte nisjer i benmargen, og flere studier antyder at endotelceller utgjør en viktig bestanddel i den såkalte "vaskulære nisjen" hvor både normale stamceller, og trolig også leukemiske stamceller, oppholder seg. Endotelceller er en stromal celletype som kler innsiden av alle blodkar og vi har tidligere vist at endotelcellene kan påvirke leukemicellene in vitro ved direkte kontakt eller ved å skille ut substanser som gir økt leukemisk vekst og beskytter mot celledød. I dette prosjektet har vi videre studert samspillet mellom AML og endotelceller ved å utføre langtidsdyrkning av endotelceller og humane AML celler i 4-6 uker, og deretter har vi studert AML cellene sin evne til å danne kolonier i et spesialisert medium. Våre resultater tyder på at endotelcellene kan øke de leukemiske progenitor cellene sin evne til å danne kolonier. Vi har også kartlagt substanser som blir frigitt under langtidsdyrkning av celletypene og skal videre undersøke om det finnes en assosiasjon mellom utskilte substanser og kolonidannelse. Vi har også undersøkt effekten av medikamenter (ATRA, valproat og cytarabin) på endotelceller; disse medikamentene har inngått i en klinisk fase I/II studie i AML med Øystein Bruserud som prosjektleder. Resultatene av dette studiet er under utarbeidelse. I løpet av et utenlandsopphold ved University of Oxford, så har jeg også studert hvordan ulike nivåer av oksygen påvirker AML celler sin vekst og cellesyklus, samt også autofagisk celledød. I benmargen er det fysiologisk hypoksi, med et oksygen nivå fra <1% til omtrent 6%, og oksygen synes å være svært viktig for reguleringen av protein og genuttrykk i AML. Dette prosjektet vil bidra med mer kunnskap om mikromiljøet til AML celler i benmargen og hvilken rolle omgivelsene, deriblant samspillet med endotelceller, spiller i sykdomsforløpet og utvikling av AML kjemoresistens etter cellegiftbehandling.
2011
Benmargen består av et unikt mikromiljø hvor det er et intrikat samspill mellom ulike celletyper. I dette prosjektet studerer vi interaksjoner mellom endotelceller og blodkreftceller for å få en bedre forståelse av rollen til endotelceller i den aggressive kreftformen akutt myelogen leukemi.Akutt myelogen leukemi (AML) rammer årlig omtrent 120 personer i Norge, og gjennomsnittlig overlevelse uten intensiv cellegiftbehandling er kun 3-4 måneder. Ved AML skjer det en ukontrollert vekst av umodne og ikke-funksjonelle, hvite blodceller (såkalt myeloide celler) i benmargen. Benmargen består av et unikt mikromiljø, som inkluderer stromale benmargceller (bl.a. osteoblaster, fibroblaster og endotelceller), ekstracellulære proteiner og blodkar. I de siste årene er det vist at det finnes spesialiserte mikromiljø i benmargen hvor de hematopoietiske stamcellene, dvs cellene som gir opphav til alle typer blodceller, oppholder seg, og det finnes trolig ett eller flere slike mikromiljø i benmargen for leukemiske stamceller også. I dette prosjektet benytter vi primære AML celler fra pasienter for å studere samspillet mellom AML celler og humane endotelceller. Endotelceller er en type celler som kler innsiden av alle blodkar og de er i nær kontakt med AML celler i benmargen og i blodet. Leukemicellene kan bli stimulert med ytre signaler, for eksempel vekstfaktorer, slik at de deler seg fortere og/eller ikke dør så lett. Endotelceller skiller ut slike stimulerende vekstfaktorer som kan både gi økt leukemisk vekst og samtidig beskytte leukemicellene mot celledød. Det er også antatt at endotelcellene spiller en viktig rolle i benmargen sitt mikromiljø hvor de kan interagere med både normale stamceller og de leukemiske stamcellene. Vi har utført langtidsdyrkning av humane endotelceller og primære AML celler fra pasienter, hvor cellene dyrkes i direkte kontakt med hverandre i over 5 uker. Deretter har vi undersøkt hvordan endotelceller påvirker leukemicellene sin vekst mht de primitive progenitor cellene, ved å benytte en kolonidannende assay. Videre skal vi kartlegge hvilke vekstfaktorer som utskilles fra endotelcellene i løpet av langtidsdyrkningen og hvilke av disse faktorene er viktige stimulatorer av leukemicellene. Prosjektet vil gi nyttig kunnskap om samspillet mellom endotelceller og blodkreftceller i AML; interaksjoner mellom disse celletypene antas å være viktig i sykdomsforløpet og kan også spille en rolle i utvikling av kjemoresistens etter cellegiftbehandling.
2010
Endotelceller kler innsiden av alle blodkar og er i nær kontakt med leukemiceller i benmargen. Dette prosjektet vil studere interaksjoner som finnes mellom endotelceller og leukemiske celler.Akutt myelogen leukemi er en aggressiv type blodkreft som karakteriseres av ukontrollert vekst av umodne, hvite blodceller i benmargen. Leukemiceller produserer ulike typer signalmolekyler (blant annet cytokiner) som kan stimulere til økt vekst og overlevelse hos cellene. I benmargen finnes også stromale celler, blant annet osteoblaster og endotelceller, og disse stromale cellene kan også stimulere til økt leukemisk vekst. De stromale cellene påvirker leukemiceller enten ved å skille ut cytokiner eller ved direkte celle-celle kontakt. Osteoblaster og endotelceller bidrar også til å danne spesialiserte nisjer (mikromiljø) i benmargen som er vist å bevare egenskapene til normale hematopoietiske stamceller, og sannsynligvis gjelder dette også leukemiske stamceller. Dette prosjektet fokuserer på endotelcellene og ser nærmere på interaksjoner mellom endotelceller og humane leukemiceller ved å bruke eksperimentelle in vitro modeller. Det benyttes humane endotelceller isolert fra navlestreng (HUVECs) som et modellsystem, hvor endotelcellene langtidsdyrkes (>4 uker) sammen med primære leukemiske celler. Vi har undersøkt hvordan endotelceller påvirker leukemicellene sin vekst mht de primitive progenitor cellene, ved å utføre en koloniassay. I arbeidet videre vil vi karakterisere endotelceller isolert fra human benmarg og undersøke hvordan benmargendotelceller påvirker leukemicellene mht vekst og differensiering. Ettersom det er lave oksygen nivå i benmargen, så er det også interessant å studere hvordan endring på oksygenering påvirker interaksjoner mellom endotelceller og leukemiceller. Målet med prosjektet er å få en bedre forståelse av endotelceller sin rolle i utviklingen av AML.
2009
Regulering av angiogenese i benmargen er viktig i utviklingen av AML. Vi studerer interaksjoner mellom benmarg endotelceller og primære human akutt myelogen leukemi (AML) celler. Målet er å få en bedre forståelse av angiogenese som risikofaktor i AML.Akutt myelogen leukemi (AML) er en aggressiv blodsykdom som fører til benmargsvikt. Benmarg finnes i knoklenes marghule og utgjør omtrent 5% av kroppens totale vekt. I benmargen pågår hematopoiesen som er en fellesbetegnelse på dannelsen av alle typer blodceller. Ved utvikling av AML, så mister de hvite blodcellene i benmargen evnen til å differensiere, men har ofte økt evne til å både dele seg og overleve. Dermed skjer en opphopning av umodne hvite blodceller i benmargen som forstyrrer den pågående normal hematopoiesen. Benmargen består også av benmargsceller som kalles stromale celler, i tillegg til ekstracellulær matrix og blodkar. Endotelceller er en type stromacelle som kler innsiden av alle blodkar, også de små blodkarene som finnes i benmargen. Disse cellene er sentrale i dannelsen av nye blodkar fra allerede eksisterende kar; en prosess som kalles angiogenese. Benmargs-angiogenese synes å være viktig i sykdomsutvikling ved AML. Det er økt kartetthet i benmargen hos pasienter med AML, som også er vist å ha prognostisk verdi. Dessuten så synes endotelceller også å ha en viktig rolle i resistensutvikling, med tanke på risiko for tilbakefall av sykdommen etter intensiv cytostatikabehandling. Benmarg endotelceller produserer et mangfold av vekstfaktorer og kan gjennom direkte celle-celle kontakt og lokal utskillese av ulike vekstfaktorer påvirke leukemisk cellevekst. I dette prosjektet så holder vi på i første omgang å etablere en metode for å isolere og dyrke mikrovaskulære endotelceller fra human benmarg. Disse cellene vil bli karakterisert med hensyn til uttrykk av membranmolekyler og produksjon av vekstfaktorer. Enn videre vil vi bruke benmarg endotelceller i in vitro celledyrknings-modeller for å studere den gjensidige påvirkningen mellom endotelceller og primære human AML celler. Vi vil også undersøke hvordan endring på oksygenering (slik at oksygen nivået tilsvarer det som naturlig finnes i benmargen) påvirker interaksjonen mellom endotelceller og leukemiceller.
Vitenskapelige artikler
Reikvam Håkon, Tamburini Jerome, Skrede Silje, Holdhus Rita, Poulain Laury, Ersvaer Elisabeth, Hatfield Kimberley J, Bruserud Øystein

Antileukaemic effect of PI3K-mTOR inhibitors in acute myeloid leukaemia-gene expression profiles reveal CDC25B expression as determinate of pharmacological effect.

Br J Haematol 2014 Jan;164(2):200-11. Epub 2013 okt 23

PMID: 24383842

Lindås Roald, Tvedt Tor Henrik Andersson, Hatfield Kimberley Joanne, Reikvam Håkon, Bruserud Oystein

Preconditioning serum levels of endothelial cell-derived molecules and the risk of posttransplant complications in patients treated with allogeneic stem cell transplantation.

J Transplant 2014;2014():404096. Epub 2014 okt 8

PMID: 25374676

Kvestad Hilde, Evensen Lasse, Lorens James B, Bruserud Oystein, Hatfield Kimberley J

In Vitro Characterization of Valproic Acid, ATRA, and Cytarabine Used for Disease-Stabilization in Human Acute Myeloid Leukemia: Antiproliferative Effects of Drugs on Endothelial and Osteoblastic Cells and Altered Release of Angioregulatory Mediators by Endothelial Cells.

Leuk Res Treatment 2014;2014():143479. Epub 2014 jan 8

PMID: 24527217

Hatfield Kimberley Joanne, Reikvam Håkon, Bruserud Øystein

Identification of a subset of patients with acute myeloid leukemia characterized by long-term in vitro proliferation and altered cell cycle regulation of the leukemic cells.

Expert Opin Ther Targets 2014 Nov;18(11):1237-51. Epub 2014 sep 9

PMID: 25200484

Reikvam Håkon, Nepstad Ina, Sulen André, Gjertsen Bjørn Tore, Hatfield Kimberley Joanne, Bruserud Øystein

Increased antileukemic effects in human acute myeloid leukemia by combining HSP70 and HSP90 inhibitors.

Expert Opin Investig Drugs 2013 May;22(5):551-63.

PMID: 23586877

Reikvam H, Øyan A M, Kalland K H, Hovland R, Hatfield K J, Bruserud Ø

Differences in proliferative capacity of primary human acute myelogenous leukaemia cells are associated with altered gene expression profiles and can be used for subclassification of patients.

Cell Prolif 2013 Oct;46(5):554-62.

PMID: 24073609

Reikvam Håkon, Nepstad Ina, Bruserud Øystein, Hatfield Kimberley Joanne

Pharmacological targeting of the PI3K/mTOR pathway alters the release of angioregulatory mediators both from primary human acute myeloid leukemia cells and their neighboring stromal cells.

Oncotarget 2013 Jun;4(6):830-43.

PMID: 23919981

Reikvam Håkon, Hatfield Kimberley J, Ersvaer Elisabeth, Hovland Randi, Skavland Jørn, Gjertsen Bjørn T, Petersen Kjell, Bruserud Oystein

Expression profile of heat shock proteins in acute myeloid leukaemia patients reveals a distinct signature strongly associated with FLT3 mutation status--consequences and potentials for pharmacological intervention.

Br J Haematol 2012 Feb;156(4):468-80. Epub 2011 des 13

PMID: 22150087

Bruserud Oystein, Reikvam Håkon, Kittang Astrid Olsnes, Ahmed Aymen Bushra, Tvedt Tor Henrik Anderson, Sjo Malvin, Hatfield Kimberley Joanne

High-dose etoposide in allogeneic stem cell transplantation.

Cancer Chemother Pharmacol 2012 Dec;70(6):765-82. Epub 2012 okt 6

PMID: 23053272

Hatfield Kimberley J, Evensen Lasse, Reikvam Håkon, Lorens James B, Bruserud Øystein

Soluble mediators released by acute myeloid leukemia cells increase capillary-like networks.

Eur J Haematol 2012 Dec;89(6):478-90. Epub 2012 okt 26

PMID: 23046151

Hatfield Kimberley Joanne, Lassalle Philippe, Leiva Rafael Alexander, Lindås Roald, Wendelboe Oystein, Bruserud Oystein

Serum levels of endothelium-derived endocan are increased in patients with untreated acute myeloid leukemia.

Hematology 2011 Nov;16(6):351-6.

PMID: 22183069

Bruserud Øystein, Hatfield Kimberley J, Reikvam Håkon

Heat shock protein 90 (HSP90) inhibition in acute myeloid leukemia--targeting of disease heterogeneity through direct and indirect antileukemic effects.

Leuk Res 2011 Sep;35(9):1156-8. Epub 2011 jul 30

PMID: 21802728

Bruserud Oystein, Hatfield Kimberley

Antivascular combo therapy: up-and-coming.

Blood 2010 Sep;116(9):1389-90.

PMID: 20813902

Hatfield Kimberley Joanne, Bedringsaas Siv Lise, Ryningen Anita, Gjertsen Bjørn Tore, Bruserud Oystein

Hypoxia increases HIF-1a expression and constitutive cytokine release by primary human acute myeloid leukaemia cells.

Eur Cytokine Netw 2010 Sep;21(3):154-64. Epub 2010 aug 20

PMID: 20729179

Hatfield K J, Reikvam H, Bruserud Ø

The crosstalk between the matrix metalloprotease system and the chemokine network in acute myeloid leukemia.

Curr Med Chem 2010;17(36):4448-61.

PMID: 21062258

Bruserud Øystein, Nepstad Ina, Hauge Michelle, Hatfield Kimberley J, Reikvam Håkon.

STAT3 as a possible therapeutic target in human malignancies: lessons from acute myeloid leukemia.

Expert Rev Hematol. 2015 Feb;8(1):29-41. Epub 2014 Nov 6.

Hatfield K, Bedringsaas. S.L. et al.

OXYGEN LEVELS INFLUENCE THE CYTOKINE RELEASE PROFILE OF AML CELLS

Abstract 255, ISEH konferanse i Melbourne, Australia, september 2010, Experimental Hematology.

Doktorgrader
Håkon Reikvam

New therapeutic targets in human acute myeloid leukemia

Disputert:
mars 2012
Hovedveileder:
Øystein Bruserud
Deltagere
  • Kimberley Joanne Hatfield Postdoktor
  • Øystein Bruserud Leder av forskningsgruppe

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til Faglig rapportering, Helse Vest

Personvern  -  Informasjonskapsler