Durchflußzytometrische Charakterisierung von Reifungsvorgängen und stammzellnahen Zellpopulationen bei der B-Vorläuferzell-ALL im Kindesalter

Abstract

Bone marrow and peripheral blood from children with acute lymphoblastic leukemia was analyzed by flow cytometry to assess leukemic cell differentiation and to characterize the profile of cell surface marker expression on rare CD34⁺ cell populations. The goal of this study was to determine if patterns of cell surface antigens could be identified on CD34⁺ subpopulations which may allow distinction between normal and leukemic stem cells. Expression of the progenitor cell antigen CD34 on leukemic blasts was very heterogeneous and varied between 0.5 and 100% in 20 patients analyzed in this study. In cALL and pre-B-ALL, a variable percentage of the leukemic cells coexpressed CD20 in addition to CD10. Only in one case, differentiation characteristic for normal B cell development with coordinated down regulation of CD10 with increasing expression of CD20 was observed. By analysing 5 × 10⁵-1 × 10⁶ cells, a CD34⁺ cell population could be identified in 8 out of 8 patients which did not express CD 19 and comprised less than 0.1% of all bone marrow or peripheral blood cells. Within this population, there was differentiation from primitive CD34⁺CD38^- to more mature CD34⁺CD38⁺ cells. In 4 of these patients, an additional CD34⁺ population with low expression of CD19 (CD34⁺CD19¹⁰) was detected. The lack of CD45 expression on the leukemic cells of 2 patients was used as a marker for the leukemic cell clone. In both patients, the CD34⁺CD19^- cells did express CD45 while CD34⁺CD19^10/+ cells were CD45 negative. This suggests that the CD34⁺ CD19¹⁰ cells were part of the leukemic clone and that the CD34⁺CD38^-CD19^- cells may represent residual normal primitive hematopoietic cells. In conclusion, flow cytometry allowed identification of primitive CD34⁺ cell populations in children with ALL, which can now be functionally characterized by transplantation onto immune-deficient mice.

Zusammenfassung

Knochenmark und peripheres Blut von Kindern mit akuter lymphatischer Leukämie wurde mit Hilfe der Durchflußzytometrie untersucht, um Differenzierungsvorgänge innerhalb des leukämischen Klons nachzuweisen und das Oberflächenmarkerprofil von seltenen CD34⁺ Subpopulationen näher zu charakterisieren. Ziel war es herauszufinden, ob sich charakteristische Muster von Oberflächenmarkern auf CD34⁺ Zellen identifizieren lassen, die eine Unterscheidung zwischen normalen und leukämischen Stammzellen erlauben. Die Expression des Progenitorzellantigens CD34 auf den leukämischen Blasten war bei den 20 hier untersuchten Patienten sehr heterogen und variierte zwischen 0,5% und 100% der Blasten. Bei der cALL und prä-B-ALL exprimierte ein unterschiedlicher Anteil der leukämischen Zellen neben CD10 auch CD20. Nur bei einem Patienten fand sich eine deutliche Ausreifungstendenz innerhalb des leukämische Zellklons, wobei mit zunehmender Expression von CD20, wie bei der normalen B-Zellreifung, CD10 herunterreguliert wurde. Durch die Analyse von 5 × 10⁵-1 × 10⁶ Zellen pro Messung konnte bei 8 von 8 Patienten eine CD34⁺ Subpopulation identifiziert werden, die kein CD19 exprimierte und weniger als 0,1% aller Zellen im Knochenmark und peripheren Blut ausmachte. Innerhalb dieser Zellpopulation fand sich eine Ausreifung von CD34⁺CD38^- zu CD34⁺CD38⁺ Zellen. 4 Patienten wiesen neben dieser CD19^- eine CD34⁺ Subpopulation auf, die nur schwach CD19 exprimierte (CD34⁺CD19¹⁰). Bei 2 Patienten mit fehlender CD45-Expression im leukämischen Klon konnte gezeigt werden, daß die CD34⁺CD19^- Zellen deutlich CD45 exprimierten, während die CD34⁺CD19^10/+ Zellen nicht oder nur schwach CD45 positiv waren. Die CD34⁺CD19¹⁰ Zellen gehörten damit eindeutig dem leukämischen Zellklon an, während die CD34⁺CD38^-CD19^- Zellen möglicherweise residuale normale Stammzellen darstellten. Mit Hilfe der Durchflußzytometrie konnten auf diese Weise im Knochenmark und peripheren Blut von Kindern mit ALL sehr seltene stammzellnahe CD34⁺ Zellpopulationen identifiziert werden, deren funktionelle Bedeutung durch Transplantationsexperimente mit immundefizienten Mäusen abgeklärt werden soll.

Key words

ALL - CD34 - hematopoietic stem cells

Schlüsselwörter

ALL - CD34 - hämatopoetische Stammzellen