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Trimarco, Valentina (2012) Role of Nocodazole on the survival of chronic lymphocytic leukemia B cells. [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

B-cell Chronic Lymphocytic Leukemia (B-CLL) is the most common leukemia in adults and is characterized by the accumulation of clonal CD19+/CD5+/CD23+ B lymphocytes, due to uncontrolled growth and resistance to apoptosis. Leukemic cells from B-CLL show reduced crosslink with specific molecules and high susceptibility to microtubule disrupting drugs, which suggest cytoskeletal alterations.
Microtubules play a crucial role in the vital functions of neoplastic cells, including mitosis, motility and cell-cell contact, and for this reason they became an important target in cancer therapies. In particular, tubulin, a cytoskeletal member, is the target of specific drugs, named microtubule inhibitors. Among these inhibitors, nocodazole induces tubulin depolimerization, mitotic process blocking and shows an apoptotic effect in B leukemic cells.
The aim of this study was to define the effects of nocodazole on B-CLL cells.
First of all, we verified nocodazole capability to favour the depolymerization of tubulin cytoskeleton in different cell types. In addition, we tested nocodazole-induced apoptosis in normal and leukemic B cells, in cell lines (Jurkat, Raji, and K562), in mesenchymal stromal cells (MSCs), and in T lymphocytes of B-CLL patients. Our data pointed out the high specificity of nocodazole for B-CLL cell apoptosis (leukemic cells: 57±25% vs normal B cells: 98±6%, p<0.0001; data are expressed as mean±standard deviation (SD) of percentage of viable cells after treatment with nocodazole) and the absence of toxicity to others cell types.
Growing evidence suggests that the marrow microenvironment, where MSCs are present, protects B-CLL cells from conventional anti-neoplastic drugs. The cultures of neoplastic B cells with MSCs and nocodazole demonstrated that nocodazole is able to overcome MSC protective effect, even after survival signal supplemental, such as CD40L or plasma from the same patients.
The action mechanism of nocodazole in B-CLL cells is still under investigation. However, we observed that nocodazole is able to turn off the increased basal tyrosine phosphorylation of leukemic cells mediated by Src-kinase Lyn through the down-modulation of Lyn active site. Since the specific inhibition of Lyn induces B-CLL cells apoptosis, this linking will be further investigated.
The results obtained in this study suggest a future role of nocodazole as a possible agent for treatment of B-CLL, for its extreme selectivity, the absence of toxicity and its ability to counteract the protective effect provided by marrow microenvironment.

Abstract (italian)

La Leucemia Linfatica Cronica di tipo B (LLC-B) è la forma più comune di leucemia nell’adulto ed è caratterizzata dall’accumulo clonale di piccoli linfociti B CD19+/CD5+/CD23+, dovuto sia ad una crescita incontrollata che ad una resistenza all’apoptosi. Le cellule leucemiche di LLC-B presentano inoltre alcune anomalie, come ridotta capacità di legare specifiche molecole e suscettibilità a farmaci che distruggono i microtubuli, che indicano la presenza di alterazioni a livello citoscheletrico.
Il ruolo cruciale che i microtubuli rivestono nelle funzioni vitali delle cellule neoplastiche, quali mitosi, motilità e contatti cellula-cellula, li ha resi un importante target nelle terapie anti-tumorali. In particolar modo la tubulina, componente dei microtubuli, è il bersaglio di una categoria specifica di farmaci anti-tumorali, gli inibitori dei microtubuli; di questa famiglia fa parte anche il nocodazolo, un agente sintetico che induce la depolimerizzazione della tubulina, arresta il processo mitotico ed ha una peculiare specificità nell’indurre l’apoptosi nelle cellule B di LLC-B.
Sulla base di queste considerazioni, abbiamo voluto approfondire gli effetti ed il meccanismo d’azione del nocodazolo sulle cellule di LLC-B.
Dopo aver verificato che il nocodazolo sia effettivamente responsabile della depolimerizzazione dei filamenti di tubulina citoscheletrica in numerosi tipi cellulari, abbiamo valutato l’effetto apoptotico indotto dal nocodazolo in cellule B normali e di LLC-B, in linee cellulari (Jurkat, Raji e K562), in cellule stromali mesenchimali (MSC) e nei linfociti T residui di pazienti affetti da LLC-B. I risultati ottenuti evidenziano l’estrema selettività del nocodazolo nell’indurre l’apoptosi nelle sole cellule B di LLC-B (linfociti B di LLC-B: 57±25% vs B normali: 98±6%, p<0,0001; dati espressi come media±deviazione standard (DS) della percentuale di cellule vive dopo trattamento con nocodazolo) e l’assenza di tossicità nei confronti delle altre popolazioni cellulari prese in esame.
Studi recenti suggeriscono che il microambiente midollare, in cui si trovano anche le MSC, sia in grado di proteggere le cellule leucemiche dall’azione dei farmaci chemioterapici convenzionali. La co-coltura di MSC e cellule B di LLC-B in presenza di nocodazolo ha dimostrato che tale inibitore è in grado di annullare l'effetto protettivo esercitato dalle MSC, nonostante la presenza di segnali di sopravvivenza quali CD40L o plasma ricavato dagli stessi pazienti.
I meccanismi d’azione del nocodazolo rimangono ancora da chiarire, tuttavia abbiamo osservato come nelle cellule leucemiche di LLC-B il nocodazolo sia in grado di ridurre l’aumentata fosforilazione tirosinica basale mediata dalla Src-chinasi Lyn, mediante down-regolazione del sito attivatorio di Lyn. Dal momento che abbiamo dimostrato che l’inibizione specifica di Lyn induce apoptosi nelle cellule di LLC-B, questi primi risultati diventano rilevanti e dovranno essere ulteriormente indagati.
In conclusione, i risultati ottenuti in questo studio hanno evidenziato l’estrema selettività del nocodazolo nell’indurre apoptosi nei linfociti B leucemici, l’assenza di tossicità in vitro e la capacità di contrastare l’effetto protettivo fornito dal microambiente midollare, suggerendo un futuro ruolo di questa sostanza quale possibile agente terapeutico per la cura della LLC-B.

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EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Facco, Monica
Supervisor:Trentin , Livio
Ph.D. course:Ciclo 24 > Scuole 24 > ONCOLOGIA E ONCOLOGIA CHIRURGICA
Data di deposito della tesi:31 January 2012
Anno di Pubblicazione:January 2012
Key Words:B-CLL, microtubule inhibitors
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 06 - Scienze mediche > MED/06 Oncologia medica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > pre 2012 - Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale
Codice ID:5017
Depositato il:29 Oct 2012 14:54
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