Vai ai contenuti. | Spostati sulla navigazione | Spostati sulla ricerca | Vai al menu | Contatti | Accessibilità

| Crea un account

Brancalion, Alessandra (2014) Protein kinase CK2: analysis of its role in acute myeloid leukemia and conditional KO in mouse hematopoiesis. [Tesi di dottorato]

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Full text disponibile come:

[img]
Anteprima
Documento PDF (tesi dottorato)
3755Kb

Abstract (inglese)

Hematopoiesis is a tightly controlled, hierarchically organized developmental process whereby hematopoietic stem cells (HSC) give rise to highly specialized, differentiated blood cells.
HSC are characterized by the capacity of both self-renewing and differentiating in downstream committed hematopoietic progenitor cells. In vertebrates, hematopoiesis in embryonic and fetal life occurs in primitive hematopoietic organs whereas in the adult organism the definitive site of blood cell production is the bone marrow (BM). HSC are quiescent cells that reside most of the time in G0-G1 phases of the cell cycle, dividing during their lifespan as much as it is needed to maintain their own pool and give rise to committed precursors.
Leukemia formation is characterized by the block of this process and accumulation of immature cells in the bone marrow and peripheral blood.
In particular, acute myeloid leukaemia (AML) is characterized by the accumulation of large numbers of abnormal cells that fail to differentiate into functional mature blood cells. Leukemic blasts have a limited, exhaustible proliferative potential, suggesting that, in order to maintain leukemia growth, a small subpopulation of leukemic stem cells (LSCs) must display an inexhaustible proliferative capacity and self-renewal potential. No definitive proof of LSCs was available, however, until Dick and colleagues showed that the engraftment of NOD/SCID mice with primary AML samples could only be accomplished using cells that were phenotypically similar to normal hematopoietic stem cells (HSCs) by expressing CD34 and lacking markers of lineage commitment such as CD38 .
HSCs and LSCs share common features: self-renewal, the capacity to differentiate, resistance to apoptosis, and limitless proliferative potential.
The pathway regulating these functional properties can be categorized into self-renewal, developmental, and miscellaneous pathways, each of which is governed by a distinct set of critical genes that have emerged from molecular profiling and can be associated with stemness.
In particular Wingless (Wnt)/β catenin and PI3K/AKT pathways are crucial for the control of both HSCs and LSCs biology, because they regulate proliferation, self renewal and differentiation of HSCs and they are involved in maintenance of LSCs.
Phosphorylation is one of the molecular mechanism responsible for the signal transduction modulation of these two pathways and some molecules belonging to these pathways are phosphorylated by serin-threonin kinase CK2. Thus, this protein can have an important role in the biology of both HSCs and LSCs.
CK2 is a pleiotropic and constitutive activated kinase, which has a tetrameric structure composed by two alpha catalytic subunits and two beta regulatory subunits, but these two components can work also separately. CK2 is essential for cell survival and proliferation, and is more and more evident its involvement in various aspects of tumor transformation. High levels of CK2 are found in different tumor type such as breast, lung, kidney cancer and also blood cancer. CK2 promotes the activity of proto-oncogenes (c-myc, C-Jun, A-Raf), drives cell cycle progression, stimulates beta-catenin activity, inhibits the onco-suppressors p53, PML and PTEN, and it can exert an anti-apoptotic effect through the inhibition of caspase activity.
For this reasons, the principal aim of our research project is obtaining experimental evidence of a role of CK2 in normal hematopoiesis and in LSCs through the analysis of AML cell lines and samples collected from patients, and of a conditional knockout mouse model for CK2β in the hematopoietic system.
As far as the role of CK2 in the hematopoiesis is concerned, our conditional KO mouse model for CK2β in the hematopoietic compartment, demonstrate that the regulatory subunit of CK2 has an important role in hematopoiesis. In particular, the KO of CK2β induces an impairment in hematopoiesis, especially in erythropoiesis. However, CK2β KO seems not to influence the HSCs pool but instead the hematopoietic progenitors.
As far as the analysis of LSCs from AML samples, our analysis performed both on AML samples derive from patients and on Kasumi-1 cell line demonstrated that CK2 does not affect the Wnt/ β catenin and HH pathways, whereas it is able to modulate the PI3K/AKT pathway. Moreover, we have demonstrated that CK2 is important in LSCs survival as its inhibition increases the apoptosis and potentiates the effects of Daunorubicin, a drug currently used for AML treatment in clinic.
Taken together, all our results indicate that CK2 possesses an important role both in hematopoiesis and in the biology of LSCs.

Abstract (italiano)

L'ematopoiesi è un processo fisiologico, finemente e strettamente controllato, attraverso il quale si ha la produzione di tutte le cellule mature del sangue a partire da una piccola popolazione di cellule staminali, denominate cellule staminali ematopoietiche (HSC).
Le HSC si caratterizzano per la loro capacità di auto-rinnovarsi e di differenziare in cellule progenitrici maggiormente differenziate.
Nei vertebrati, l'ematopoiesi viene suddivisa in primitiva e definitiva: la prima avviene negli organi ematopoietici primitivi, mentre la seconda risiede nel midollo osseo delle ossa lunghe.
Le HSC sono cellule quiescenti, che per la maggior parte della loro vita si trovano nello stadio G0/G1 del ciclo cellulare, dividendosi solamente lo stretto necessario per auto mantenersi e per dare origine ai progenitori in grado poi di differenziare nelle cellule ematiche mature.
La formazione di una leucemia è caratterizzata dal blocco di questo processo e dall'accumulo di cellule immature nel midollo osseo e nel sangue periferico.
In particolare la leucemia mieloide acuta (AML) si caratterizza per l'accumulo di un gran numero di cellule anomale (blasti) incapaci di completare il processo di differenziamento in cellule mature del sangue. I blasti leucemici si caratterizzano per la loro limitata capacità proliferativa, e questo suggerisce che, per mantenere la crescita del clone leucemico, sia necessaria la presenza di una piccola popolazione di cellule in grado di auto rinnovarsi e proliferare. Questa popolazione viene definita come cellule staminali leucemiche (LSC).
La prova definitiva dell'esistenza delle LSC è stata fornita dagli studi condotti da Jonh Dick e colleghi in un modello di xenotrapianto in topi NOD/SCID, nei quali venivano introdotte cellule derivate da pazienti affetti da AML e aventi un fenotipo simile alle HSC normali (queste cellule infatti esprimono sulla loro superficie il marcatore CD34 ma mancano del marker CD38 e di tutti i marcatori di linea, come le cellule staminali ematopoietiche normali).
HSC e LSC posseggono caratteristiche comuni, quali la capacità di auto- rinnovarsi (self-renewal), di differenziare, di resistere all'apoptosi e un potenziale di proliferazione illimitato.
Tutte queste proprietà funzionali sono regolate a livello molecolare da molteplici vie del segnale, che vengono generalmente raggruppate nelle seguenti categorie: vie del segnale del self-renewal, dello sviluppo e miscellanei, ciascuno dei quali è controllato da un set distinto di geni il cui ruolo nel controllo e mantenimento della staminalità è stato determinato con una serie di studi di profiling molecolare.
Tra queste vie del segnale, le vie di Wnt/ β catenina, Hedgehog e PI3K/AKT posseggono un ruolo cruciale nel controllo della biologia sia delle LSC che delle HSC, dato che sono coinvolte nella regolazione dei processi di proliferazione, auto rinnovamento e differenziamento.
Uno dei meccanismi molecolari responsabile della modulazione della trasduzione del segnale di queste vie è la fosforilazione, e alcune molecole appartenenti a queste vie sono fosforilate dalla proteina chinasi CK2. Quindi questa proteina potrebbe rivestire un ruolo importante nella biologia sia delle HSC e delle LSC.
CK2 è una serin- treonin chinasi pleiotropica e costitutivamente attiva, che possiede una struttura tetramerica, composta da due subunità α ad attività catalitica e da due subunità β con attività regolatoria, ma questi due componenti possono lavorare anche indipendentemente l'una dall'altra. CK2 è essenziale per la sopravvivenza cellulare e proliferazione, ed è sempre più evidente il suo coinvolgimento in vari aspetti della formazione neoplastica. Infatti, elevati livelli di CK2 sono stati riscontrati in vari tipi di tumore, come il tumore al seno, al polmone, al rene ed ematologici. CK2 infatti promuove l'attività di proto-oncogeni (c-myc, C-Jun, A-Raf), regola la progressione del ciclo cellulare, stimola l'attività di β catenina , inibisce gli onco-soppressori p53, PML e PTEN e può esercitare un effetto anti-apoptotico attraverso l'inibizione delle caspasi.
Con il presente progetto di dottorato abbiamo pertanto cercato di ottenere prove sperimentali del ruolo svolto da CK2 sia nell'ematopoiesi normale, mediante lo studio di un modello murino di KO condizionale di CK2β nel tessuto ematopoietico, che nella condizione patologica di leucemia mieloide acuta, mediante lo studio di 10 casi di pazienti affetti da AML e con l'ausilio della linea cellulare Kasumi-1.
Per quanto concerne lo studio del ruolo di CK2 nell'ematopoiesi normale, il nostro modello di KO condizionale per CK2β nell'intero sistema ematopoietico ci ha permesso di determinare il ruolo fondamentale che tale proteina riveste in tale processo. In particolare il KO per CK2β ha un fenotipo letale, in quanto la mancanza di CK2β causa un grave deficit dell'ematopoiesi, in particolare nel processo di eritropoiesi. Tuttavia, Tra le popolazioni analizzate solo i progenitori ematopoietici sembrano risentire del KO di CK2β, mentre le HSC non sembrano subire alterazioni nei topi KO.
Per quanto riguarda invece lo studio del ruolo di CK2 nelle cellule staminali leucemiche, l'analisi affettuata sia su campioni prelevati da pazienti affetti da LMA che sulla linea cellulare Kasumi-1 ha evidenziato come CK2 sia in grado di modulare l'attività della via del segnale di PI3K/AKT, mentre le vie di Hedgehog e Wnt/ β catenina non sembrano influenzate in modo rilevante da CK2.
Inoltre, studi condotti combiando l'inibitore di CK2, CX-4945, da solo o in combinazione con Daunorubicina (un chemioterapico correntemente usato nella terapia della LMA), ha evidenziato come la mancanza dell'attività di CK2, non solo aumenti il tasso di apoptosi nelle LSC ma sia in grado di potenziare l'effetto citotossico della Daunorubicina, rendendole maggiormente sensibili all'azione del farmaco.
Concludendo, i risultati elencati sopra dimostrano come CK2 possegga un ruolo essenziale sia nell'ematopoiesi che nella biologia delle LSC.

Statistiche Download - Aggiungi a RefWorks
Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Piazza, Francesco
Correlatore:Quotti Tubi, Laura
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 26 > Scuole 26 > ONCOLOGIA E ONCOLOGIA CHIRURGICA
Data di deposito della tesi:28 Gennaio 2014
Anno di Pubblicazione:28 Gennaio 2014
Informazioni aggiuntive:La presente tesi di dottorato ha inteso indagare il ruolo della proteina chinasi CK2 nell'ematopoiesi normale, tramite l'uso di un modello murino di KO condizionale e nella condizione patologica di leucemia mieloide acuta.
Parole chiave (italiano / inglese):leucemia mieloide acuta, proteina chinasi CK2, ematopoiesi, modello murino KO. Acute myeloid leukemia, hematopoiesis, conditional KO mouse model, protein kinase CK2
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 06 - Scienze mediche > MED/15 Malattie del sangue
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Medicina
Codice ID:6515
Depositato il:03 Nov 2014 13:49
Simple Metadata
Full Metadata
EndNote Format

Bibliografia

I riferimenti della bibliografia possono essere cercati con Cerca la citazione di AIRE, copiando il titolo dell'articolo (o del libro) e la rivista (se presente) nei campi appositi di "Cerca la Citazione di AIRE".
Le url contenute in alcuni riferimenti sono raggiungibili cliccando sul link alla fine della citazione (Vai!) e tramite Google (Ricerca con Google). Il risultato dipende dalla formattazione della citazione.

[1] Hoffmann R, Benz EJJ, Shattil SJ, Furie B, Silberstein LE, McGlave P, Heslop H: Basic principles and practice 5th ed: Churchill Livingston Elsvier. Hematology, 2009. Cerca con Google

[2] Kiel MJ, Morrison SJ: Uncertainty in the niches that maintain haematopoietic stem cells. Nature Reviews Immunology 2008; 8:290-301. Cerca con Google

[3] Traver D, Akashi K: Common myeloid progenitors. In: Handbook of Stem Cells. Lanza R, Blau H, Gearhart J, Hogan B, Melton D, Moore M, Pedersen R, Donnal Thomas E, Thomson JA, Verfaillie C, Weissman I, West MD eds Elsevier Academic Press Publ USA UK, 2004, p 355. Cerca con Google

[4] Janeway CA, Travers P, Walport M, Shlomchik MJ: Generation of lymphocytes in bone marrow and thymus. In: The Immune System in Health and Disease. Garland Science Publ New York, 2001. Cerca con Google

[5] Sun JC, Lanier LL: NK cell development, homeostasis and function: parallels with CD8+ T cells. Nature Reviews Immunology 2011; 11:645-657. Cerca con Google

[6] Watowich SS, Liu Y: Mechanisms regulating dendritic cell specification and development. Immunological Reviews 2010; 238:76-92. Cerca con Google

[7] Geissmann F, Manza MG, Jung S, Sieweke MH, Merad M, Ley K: Development of monocytes, macrophages and dendritic cells. Science 2010; 327:656-661 Cerca con Google

[8] Radin MJ, Wellman ML: Granulopoiesis. In: Schalm’s Veterinary Hematology. Weiss DJ, Wardrop KJ eds Wiley-Blackwell Publ USA, 2010, pp. 43-45. Cerca con Google

[9] Deutsch VR, Tomer A: Advances in megakaryocytopoiesis and thrombopoiesis: from bench to bedside. British Journal of Haematology 2013; 161:778-793. Cerca con Google

[10] Bryder D, Rossi DJ, Weissman IL: Hematopoietic stem cells: the paradigmatic tissue-specific stem cell. The American Journal of Pathology 2006; 169:338-346. Cerca con Google

[11] Zon LI: Developmental biology of hematopoiesis. Blood 1995; 86:2876-2891. Cerca con Google

[12] MacKey MC: Cell Kinetic status of haematopoietic stem cells. Cell Prolif. 2001 Apr; 34(2): 71-83. Cerca con Google

[13] Dzierzak E, Oostendorp R: Hematopoietic stem cell development in mammals. In: Hematopoiesis: a developmental approach. Zon LI ed Oxford University Press Publ USA, 2001, p 209. Cerca con Google

Versioni disponibili di questo documento

Download statistics

Solo per lo Staff dell Archivio: Modifica questo record