The Granulocyte/Macrophage-Colony Stimulating Factor (GM-CSF): Basic Science and Clinical Application

Abstract

Granulocyte/Macrophage Colony Stimulating Factor (GM-CSF) stimulates the production as well as the function of myeloid cells, i.e. granulocytes and macrophages. Proliferative effects are exerted on the level of the multipotent as well as the unipotent progenitor cell. Functional effects on mature phagocytes comprise bactericidal and tumoricidal mechanisms including induction of cytokine release. GM-CSF receptors are present on normal hematopoietic progenitors as well as on mature granulocytes, on leukemic cells and some non-hematopoietic cells. Alteration of the GM-CSF gene has been associated with distinct features of AML and ALL. The glycosilated molecule is produced by various hemolymphopoietic and possibly non-hematopoietic cells, amongst whom T-lymphocytes and marrow stroma may be most relevant for myelopoiesis. The regulation of gene expression is exerted on both transcriptional and posttranscriptional levels of gene expression. GM-CSF production may play a role in steady state as well as in stress hematopoiesis. In vivo application of GM-CSF leads to a marked increase of phagocytes, in particular granulocytes. GM-CSF reduces the duration of neutropenia following aplasiogenic and ablative therapy. GM-CSF may possibly be helpful in the treatment of victims of radiation accidents and in patients with aquired neutropenias and glykogenosis IB. The curative potential for the underlying malignant disease is to be investigated in the present cooperative european Ewing's sarcoma study.

Zusammenfassung

Der Granulozyten/Makrophagen-Kolonien stimulierende Faktor (GM-CSF) stimuliert Produktion und funktionelle Aktivierung von Granulozyten und Makrophagen. Die Stimulation der Produktion erfolgt auf der Ebene multipotenter und unipotenter Progenitorzellen. Die Wirkung von GM-CSF auf die Funktion reifer Phagocyten umfaßt anti-mikrobielle und anti-Tumor Mechanismen sowie die Induktion von Zytokinen. GM-CSF-Rezeptoren sind sowohl auf Progenitorzellen als auch auf reifen Granulozyten vorhanden, ferner auf AML-Zellen sowie einigen nicht-hämatopoetischen Zellen. Mutationen des GM-CSF-Gens bei AML und ALL sind mit spezifischen Charakteristika des Leukämie-Phänotyps assoziiert. GM-CSF wird als glykosiliertes Molekül von verschiedenen lymphohämopoetischen Zellen sowie möglicherweise auch von nicht-hämopoetischen Zellen produziert. Unter den zellulären GM-CSF-Lieferanten sind TLymphozyten und das Knochenmarkstroma von entscheidender Bedeutung für die Hämatopoese. Die Regulation der GM-CSF-Genexpression erfolgt sowohl auf transscriptioneller als auch auf posttransscriptioneller Ebene. GM-CSF kann sowohl an der steady state-Hämatopoese als auch am Leukozytenanstieg bei verschiedenen Streßreaktionen, insbesondere bei Infektionen beteiligt sein. Die in vivo Applikation von GM-CSF führt zu einem deutlichen Anstieg von Phagozyten, insbesondere Granulozyten. GM-CSF verringert die neutropenische Phase nach aplasiogener oder ablativer Therapie maligner Erkrankungen. GM-CSF könnte in der Behandlung der Opfer von Nuclearunfällen und bei Patienten mit Neutropenien und Glykogenose IB hilfreich sein. Die kooperative europäische Ewing-Sarkom-Studie beabsichtigt, mittels eines prospektiven randomisierten Doppelblind-Designs die Wirkung von GM-CSF auf den Heilungserfolg der malignen Grunderkrankung zu untersuchen.