Transient apoptosis inhibition by Bcl-xL overexpression during hematopoietic stem cell transplantation

Media type: E-Book; Thesis

Title: Transient apoptosis inhibition by Bcl-xL overexpression during hematopoietic stem cell transplantation

Contributor: Voigt, Gesina [Verfasser]; Niemeyer, Charlotte [Akademischer Betreuer]; Dierks, Christine [Akademischer Betreuer]

imprint: Freiburg: Universität, 2015

Extent: Online-Ressource

Language: English

DOI: 10.6094/UNIFR/10067

Identifier:

Keywords: Apoptosis ; Periphere Stammzellentransplantation ; Bcl-xL ; hematopoietic stem and progenitor cells ; (local)doctoralThesis ; Hochschulschrift

Origination:

University thesis: Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, 2014

Footnote:

Description: Zusammenfassung: The hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is the only curative therapeutic approach for many diseases. Since clinical experience has shown that an increased number of transplanted hematopietic stem cells (HSCs) reduces the amount of transplant failures and accelerates the engraftment, there are currently different trials aiming to increase the quantity of donor HSCs either by improving their mobilization from the stem cell niche or by their ex vivo expansion. Low numbers of HSCs can also be due to apoptosis, the programmed cell death that is triggered by stress-stimuli like the removal from stem cell niche, processing and transplantation. In former studies our group could show that inhibition of apoptosis can increase HSC numbers and thus improve HSCT efficiency. However, cells that are permanently apoptosis-resistant are not transferable into a therapeutic approach due to possible severe side effects such as leukemia or autoimmune diseases. In my project I intend to establish a transient apoptosis resistance in donor-HSCs, which is restricted to the period of early engraftment to improve HSCT efficiency without increasing the risk of tumorigenesis or autoimmunity. The apoptosis promoting BH3-only proteins Bim and Bmf seem to be main players during apoptosis in HSC engraftment, and overexpression of their antagonist Bcl-xL could effectively inhibit transplantation associated cell death. I established an adenoviral transduction system that transiently expresses Bcl-xL in HSCs. In vitro experiments showed that the adenoviral protein expression was detectable in target cells for around seven days. It could be excluded, that viral transduction or protein expression had any impact on proliferation and differentiation of the HSCs. Apoptosis assays could proof that the transient expression of Bcl-xL can successfully prevent apoptosis in HSCs. In vivo experiments with transiently Bcl-xL overexpressing HSCs showed a significantly better engraftment in recipient mice compared to control cells. However, these in vivo experiments gave evidence that the adenoviral infection is highly toxic to murine HSCs. Alternatively to the adenoviral transduction system, proteins can be transiently transduced in target cells when coupled to the protein transduction domain of HIV-1 (HIV-TAT). Previous reports of different groups have shown that fusion peptides, consisting of the Bcl-xL BH4 domain and TAT can inhibit stress-induced apoptosis efficiently in vitro and in vivo. However, my work shows that despite cellular uptake and mitochondrial localization of the TAT-BH4 peptide it has no protective effect on HSCs. Due to the toxicity of the adenoviruses and the ineffectiveness of the TAT-BH4 peptides this project will investigate different, safe methods for transient apoptosis inhibition in donor HSCs. These methods will be tested in murine and human HSCs with the aim to improve HSCT efficiency and will ultimately reduce the risk of transplantation-associated morbidity and mortality

Zusammenfassung: Die Transplantation hämatopoetischer Stammzellen (HSZT) ist für viele Erkrankungen die einzige kurative Therapie. Um ein Transplantat-Versagen zu vermeiden, müssen genug Stammzellen (HSZ) transplantiert werden. Bisherige Ansätze zur Erhöhung der Spender-HSZ-Zahl greifen vornehmlich an deren Mobilisation aus dem Knochenmark und der ex vivo Expansion an. Frühere Studien zeigten, dass viele HSZ während der Gewinnung, der ex vivo Prozessierung und der Transplantation durch programmierten Zelltod (Apoptose) zugrunde gehen. Induziert wird dieser durch diverse, letal schädigende Stress-Stimuli, oder den Verlust überlebensfördernder Signale der Stammzellnische, die während der HSZT fehlen. Unserer Gruppe zeigte zuvor, dass Apoptose-Hemmung in Spender-HSZ zu verbesserten Transplantations-Ergebnissen führt. Eine dauerhafte Apoptose-Hemmung fördert jedoch Tumorentstehung und Autoimmunität und ist deshalb für die klinische Anwendung obsolet. Das Ziel meiner Arbeit war es, eine vorübergehende Apoptose-Resistenz in Spender-HSZ zu induzieren, um diese während der kritischen Transplantationsphasen zu schützen. Damit soll eine Verbesserung der HSZT erreicht werden, ohne das Risiko der Tumorentstehung oder Autoimmunität zu erhöhen. Die pro-apoptotischen Proteine Bim und Bmf spielen eine zentrale Rolle in der Apoptose-Induktion während der HSZT. Eine Überexpression ihres Gegenspielers Bcl-xL könnte effizient die Apoptose transplantierter HSZ hemmen. Dafür etablierte ich ein adenovirales Transduktionssystem, welches Bcl-xL in Maus-HSZ exprimiert. In vitro wurden adenovirale Proteine für etwa sieben Tage exprimiert, ohne die Proliferations- und Differenzierungseigenschaften der HSZ zu beeinträchtigen. Gleichzeitig schützt die Bcl-xL Expression die HSZ erfolgreich vor Apoptose. In vivo zeigten sich Bcl-xL exprimierende Maus-HSZ während der Transplantation signifikant kompetitiver als Kontroll-HSZ. Jedoch haben diese in vivo Experimente ergeben, dass adenovirale Infektionen einen toxischen Effekt auf die HSZ haben.Proteine können ebenfalls mithilfe der Proteintransduktionsdomäne vom HIV-1 (HIV-TAT) transient in Zielzellen transduziert werden. Mehrere Gruppen haben die Apoptose-hemmende Wirkung der BH4-Domäne von Bcl-xL in verschiedenen in vitro und in vivo Modellen gezeigt. Diese Wirkung konnte ich in Maus-HSZ nicht reproduzieren: trotz zellulärer Aufnahme und mitochondrialer Lokalisation von TAT-BH4-Peptiden, haben diese keine protektive Wirkung in HSZ. Aufgrund der hohen Toxizität der Adenoviren und der fehlenden Wirksamkeit von TAT-BH4-Peptiden ist es das zukünftige Ziel dieses Projektes, andere Methoden zu identifizieren, die kurzzeitig Apoptose in murinen und auch in humanen HSZ hemmen können, um dadurch die Effizienz von HSZT zu erhöhen und damit das Risiko von Morbidität und Mortalität zu reduzieren

Access State: Open Access

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