Flow-cytometric identification and small molecule-based modulation of neuroblastoma subpopulations in vitro

Abstract: Das Neuroblastom (NB) ist der häufigste solide, extra-kranielle Tumor des Kindesalters, ver- antwortlich für einen Großteil der tumorassoziierten Mortalität zwischen dem ersten und dem fünften Lebensjahr (Louis and Shohet, 2015). Im klinischen Verlauf zeigt NB ein außerordentlich breites Spektrum, von spontaner Regression bis hin zu aggressiven Tumoren mit Rezidivraten von 50-60% (Maris et al., 2007; Maris, 2010). Oftmals bleibt trotz multimodaler Intervention der Therapierfolg aus, sodass die Notwendigkeit besteht, neue Substanzen für eine mögliche Behandlung zu identifizieren.
Cluster of Differentiation (CD) Oberflächenantigene wurden bereits im Kontext von NB unter- sucht und mit bestimmten Tumorcharakteristika in Verbindung gebracht. Aus der Hämatologie ist bekannt, dass einzelne Marker jedoch ungeeignet sind, um zelluläre Subpopulationen erschöpfend zu erfassen. Daher wurdd die Unterscheidung der Subpopulationen mithilfe von multidimensionaler Durchflusszytometrie vorgenommen. Über die kombinatorische Auf- schlüsselung der Expression von Glykoprotein-Epitopen (CD15, CD24, CD44, CD57), des Neurotrophin-Rezeptors TRKA sowie des Chemokin-Rezeptors CXCR4 (CD184) konnten sechs unterschiedliche Gruppen innerhalb der NB Zelllinie SH-SY5Y definiert und quantifiziert werden. Aus Gründen der Objektivierbarkeit wurde hierfür der etablierte SPADE-Algorithmus verwendet. In einem anschließenden Low-throughput Screen wurden die Effekte niedrigmolekularer Modu- latoren auf diese verschiedenen SH-SY5Y Phänotypen evaluiert.
Hierbei wurde beobachtet, dass das sog. bone morphogenetic protein (BMP) 4 das TRKA + /CD15 - / CD184 - Cluster fördert sowie eine Differenzierung der NB Zellen begünstigt. Dieser Effekt wurde in den NMYC-amplifizierten BE(2)-M17 und Kelly Zellen, als auch bei humanen neuralen Stam- mzellen (hNSCs) reproduziert. Der Einfluss von BMP4 auf das zelluläre Expressionsmuster der Oberflächenantigene spiegelte sich auch auf der Ebene der Proteine wider. NMYC Protein war nach BMP4 Behandlung vermindert vorhanden. Ob diese Effekte direkt über Smad-unabhängige Signaltransduktionswege oder aber indirekt erfolgen gilt es weiterhin zu untersuchen.
Diese Ergebnisse bekräftigen die Annahme, dass NB über mehrere Signaltransduktionswege beeinflusst werden muss, um Therapieerfolge zu erreichen. Des Weiteren eröffnet dieser Ansatz Möglichkeiten der verbesserten prognostischen Analyse von NB, sowie der Durchführung pharmakologischer Screens, um neue Herangehensweisen der NB-Behandlung zu entwickeln
Abstract: Neuroblastoma (NB) is the most common extra-cranial solid tumor in infants and the primary cause of death from pediatric cancer for children between the age of 1 and 5 (Louis and Shohet, 2015). It exhibits considerable heterogeneity regarding tumor histology and clinical outcome reaching from spontaneous regression to highly aggressive tumors with a risk of recurrence of 50-60% (Maris et al., 2007; Maris, 2010). As current multimodal treatments fail to eradicate the tumor, there is a need to identify new molecules to defeat treatment-resistant NB.
Several Cluster of Differentiation (CD) antigens have been analyzed in the context of NB and cor- related with specific tumor characteristics. However, from the field of hematology it is known that expression levels of single markers do not suffice to distinguish cellular subpopulations. There- fore, multiparameter flow cytometry was conducted to define cellular subsets. The combinatorial detection of glycoprotein epitopes (CD15, CD24, CD44, CD57), the neurotrophin-receptor TRKA or the chemokine receptor CXCR4 (CD184) enabled the quantitative identification of six sub- populations within the NB SH-SY5Y cell line. To increase objectivity, the established clustering algorithm SPADE was used for flow cytometric read-out and visualization. In a subsequent low-throughput screen, the effects of small molecule modulators on the different SH-SY5Y phenotypes were evaluated.
Bone morphogenetic protein (BMP) 4 consistently enhanced the TRKA + /CD15 - /CD184 - cluster and promoted differentiation in NB cells. This effect was also seen in the more homogeneous cell lines BE(2)-M17 and Kelly, both N-type and NMYC-amplified. Additionally, similar effects could be described in human neural stem cells (hNSCs). The effects of BMP4 on the expression pattern of surface antigens were also reflected at the level of proteins with a decrease of NMYC protein expression. Whether these effects were generated directly via Smad-independent signal- ing cascades or indirectly needs to be further investigated.
These findings underscore the requirement to target multiple signaling pathways to effectively treat pediatric neural cancers. Moreover, this approach may provide tools for an improved prognostic analysis of NB as well as for pharmacological screens towards developing novel avenues of NB diagnosis and treatment

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch
• Notes: Universität Freiburg, Dissertation, 2021

Classification and Topics

• Keyword: Neuroblastoma ; Identification ; Neuroblastom ; Knochen-Morphogenese-Proteine ; Zellkultur

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2021
• Creator: Marx-Ferlemann, Fraua Christina
• Contributor: Pruszak, Jan ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Medizinische Fakultät

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/219587
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2195875
• Rights: Kein Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 10:47 AM CEST