English Title: The Role of Aurora-A polymorphisms in the pathogenesis of Multiple Myeloma

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Abstract

Das Multiple Myelom (MM) ist eine maligne Plasmazell-Erkrankung, die durch exzessive Veränderungen der Chromosomen charakterisiert ist. Seit kurzem werden zentrosomale Aberrationen als Ursache chromosomaler Instabilität diskutiert. Zentrosomen sind in der Mitose für die akkurate Chromosomensegregation verantwortlich. Beim MM wurde die zentrosomal lokalisierte mitotische Kinase Aurora-A als ein möglicher Kandidat identifiziert, deren Deregulierung die Prozesse der Zentrosomenregulierung sowie der Chromosomenverteilung beeinträchtigt. In verschiedenen Tumoren liegt Aurora-A amplifiziert und/oder überexprimiert vor, was mit der Zentrosomenamplifikation und Aneuploidie korreliert. Zwei kodierende Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) im Aurora-A Gen, Phe31Ile und Val57Ile, wurden bereits in verschiedenen Tumorentitäten beschriebenen und korrelieren mit der Anfälligkeit zur Krebsentstehung. Um eine mögliche Relevanz der Phe31Ile- und Val57Ile-SNPs beim MM zu ermitteln, wurde die Assoziation mittels Genotypisierung der DNA aus dem peripheren Blut von 290 MM-Patienten (PB-Gruppe), dem Knochenmark angereicherter CD138-positiver Myelomzellen von 71 MM-Patienten (KM-Gruppe) und dem peripheren Blut von 239 gesunden Individuen unter Berücksichtigung der Alters- und der Geschlechterverteilung evaluiert. Dabei konnte das 169G (Val57)-Allel beim MM als riskantes Allel identifiziert werden, das sowohl bei der PB- (p=0,036) als auch bei der KM-Gruppe signifikant erhöht (p=0,016) auftrat. Bei heterozygoten MM-Patienten kann die Begünstigung der Val57-Variante durch Verlust der Heterozygosität (LOH) oder durch transkriptionelle Regulationsmechanismen verursacht werden. Weiterhin korreliert die Val57-Variante beim MM signifikant mit der Deletion von 17p13 (p=0,035), welche zum Verlust des Tumorsuppressorgens p53 führt, das im progressiven Stadium des MMs vorzufinden ist. Zur genaueren Charakterisierung der Val57-Variante wurden Osteosarkomzelllen (U2OS) stabil mit den Aurora-A-Genvarianten Val57 (U2OS-Val57) und Ile57 (U2OS-Ile57) transfiziert. U2OS-Val57-Zellen zeigten dabei neben einer verstärkten Kinaseaktivität, vermehrte zentrosomale Aberrationen in Interphase-Zellen (p=0,017) und häufig abnormale Spindelbildung in mitotischen Zellen (p=0,005), die vermutlich auf die Wirkung des Aurora-A Val57-Genotypen zurückzuführen sind. Zudem hatten U2OS-Val57-Zellen eine signifikant erhöhte Proliferation (p≤0,001) und vermehrte Mitosen (p<0,001), die eine kürzere Mitosedauer aufwiesen (p=0,028). Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit das Aurora-A Gen mit dem Genotyp Val57 als ein Risikofaktor für das MM identifiziert werden, das durch erhöhte Kinaseaktivität und verstärkte Zentrosomenamplifikation sowohl an der Suszeptibilität für das MM als auch bei der Progression vom MM im Zusammenhang mit der Deletion von p53 beteiligt ist.

Translation of abstract (English)

Multiple Myeloma (MM) is a plasma cell malignancy which is characterized by recurrent chromosomal translocations and multiple other chromosomal abnormalities. Only little is known about the origin of numerical chromosomal abnormalities in this disorder. Recently, centrosomal aberrations have been implicated as a cause of chromosomal instability. Centrosomes are responsible for the correct separation of chromosomes during mitosis. Recently, the centrosomally localized mitotic kinase Aurora-A was identified as a potential candidate gene in MM which is an important regulator of centrosomes. Any deregulation of Aurora-A might lead to abnormal regulation of centrosomes and subsequently to chromosome missegregation. Aurora-A has been shown to be amplified and/or overexpressed in various tumors correlating with centrosomal amplification and aneuploidy. Two single nucleotide polymorphisms (SNPs) within the Aurora-A gene, Phe31Ile and Val57Ile, have been reported to be involved in cancer predisposition. To evaluate the association of Phe31Ile- and Val57Ile-SNPs with the risk of MM development, we have genotyped DNA from peripheral blood of 290 MM patients (PB-group), bone marrow derived CD138-positive myeloma cells of 71 MM patients (KM-group) and peripheral blood of 239 age-matched healthy individuals as control. The allele frequency of 169G (encoding Val57) was significantly elevated in the PB-group (p=0,036) as well as in the KM-group (p=0,016). A loss of heterozygosity (LOH) or transcriptional regulation might cause homozygosity of Val57 in heterozygous MM-patients. Furthermore, the deletion of 17p13 correlated with the Val57 variant which leads to deletion of the tumor suppressor gene p53, a late stage event. To characterize the Val57 variant in more detail, stable cell lines were generated in the osteosarcoma cell line U2OS with the Aurora-A gene variants Val57 (U2OS-Val57) as well as Ile57 (U2OS-Ile57). U2OS-Val57 cells showed stronger kinase activity and increased centrosomal aberrations in interphase cells (p=0,017) as well as elevated spindle abnormalities in mitotic cells (p=0,005) which are based on specific effects of the haplotype Phe31-Val57. Besides, they showed significantly enhanced proliferation (p≤0,001) and mitosis rate (p<0,001) with mitosis being much shorter in duration of mitosis when compared to U2OS-Ile57 cells (p=0,028). In summary, the Aurora-A gene with the genotype Val57 was identified as a risk allele which contributes to higher susceptibility and progression in MM in context with p53 deletion due to enhanced kinase activity and increased induction of centrosomal aberrations.