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The role of STAT5B in JAK2V617F-positive myeloproliferative neoplasms

Ploderer, Marie (2020) The role of STAT5B in JAK2V617F-positive myeloproliferative neoplasms.
Masterarbeit, University of Vienna. Zentrum für Molekulare Biologie
BetreuerIn: Moriggl, Richard

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DOI: 10.25365/thesis.60842
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-10835.37883.873377-3

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Abstract in English

Myeloproliferative neoplasms are a group of diseases marked by the malignant expansion of mature myeloid cells. One of these diseases is polycythemia vera, which is characterised by erythrocytosis, leucocytosis and thrombocytosis or a combination of those. Patients with polycythemia vera have an increased risk of developing thromboembolisms and of progression to secondary myelofibrosis and/or acute myeloid leukaemia. Thromboembolisms are the major cause of morbidity and mortality in these patients, although their incident rate varies quite broadly amongst patients. The underlying mechanisms that influence their development in these patients remain incompletely understood. One of the major drivers in myeloproliferative neoplasms is the JAK2V617F mutation, which can be found in around 95% of polycythemia vera patients. This constitutively active JAK2 variant signals through STAT5 and leads to the activation of survival and proliferation genes. STAT5 comprises two different gene products: STAT5A and STAT5B. They have largely redundant functions, although some differential functions have been identified. So far it is unclear which STAT5 variant is the more important one for the development of JAK2V617F positive myeloproliferative neoplasms. We believe STAT5B to be the crucial STAT5 protein in this context, since it has been found to be more frequently mutated in cancer than STAT5A. In this study, we used three different systems to evaluate the differential role STAT5A and STAT5B might play in JAK2V617F positive myeloproliferative neoplasms. We assessed their expression levels in three human myeloproliferative neoplasm cell lines and, by comparing JAK2V617F positive and JAK2V617F negative cells, we determined that JAK2V617F itself does not drive increased expression of STAT5B. We also generated stable myeloproliferative neoplasm cell lines which overexpress each of the STAT5 variants, and found that low-level STAT5B, but not STAT5A, overexpression conveys a proliferative advantage to a JAK2V617F positive cell line. We also studied megakaryocytic differentiation in a JAK2V617F mouse model harbouring low-level hSTAT5B overexpression, since megakaryocytes are heavily involved in the development of thromboembolisms. We found that additional expression of STAT5B led to increased differentiation to megakaryocytes in these mice. These mice also had more bone marrow megakaryocyte progenitor cells compared to control mice, and their stem and progenitor cells had increased colony-forming capacity. We also studied the lungs of the mice and found that clots formed in the JAK2V617F/ hSTAT5B carrying mice. Due to low mouse numbers, we would still need to confirm whether it is the expression of additional hSTAT5B that leads to increased clots, which would confirm our hypothesis that increased STAT5B is linked to increased thromboembolisms. Lastly, we analysed peripheral blood samples of myeloproliferative neoplasm patients and assessed the expression levels of STAT5A and STAT5B. The expression levels were quite heterogeneous, and no clear differences were seen between patients and healthy control samples. Therefore, natural variances in STAT5 expression exist in patients, and it will be of interest in the future to correlate higher STAT5B expression levels with increased disease severity or incidence of thrombotic events. To summarize, experiments show that increased STAT5B expression promotes proliferation and increased differentiation into the megakaryocyte lineage, as well as more severe disease parameters in JAK2V617F positive myeloproliferative neoplasm models. These data suggest that varying STAT5B levels, which are observed in patients, could influence disease progression and risk of thromboembolism in patients with JAK2V617F positive myeloproliferative neoplasms.

Schlagwörter in Englisch

MPN / JAK2V617F / STAT5B / thrombosis / myeloproliferative neoplasms

Abstract in German

Myeloproliferative Neoplasien sind eine Gruppe von Krankheiten, die durch die maligne Expansion reifer myeloischer Zellen gekennzeichnet sind. Eine dieser Krankheiten ist die Polycythemia vera, die durch Erythrozytose, Leukozytose und Thrombozytose oder eine Kombination davon gekennzeichnet ist. Bei Patienten mit Polycythemia vera besteht ein erhöhtes Risiko für Thromboembolien und das Fortschreiten zu einer sekundären Myelofibrose und / oder einer akuten myeloischen Leukämie. Thromboembolien sind die Hauptursache für Morbidität und Mortalität bei diesen Patienten, obwohl ihre Inzidenzrate zwischen Patienten sehr stark variieren kann. Die zugrundeliegenden Mechanismen für diese Heterogenität bleiben bis jetzt unklar. Einer der Hauptverantwortlichen von myeloproliferativen Neoplasien ist die JAK2V617F-Mutation, die bei etwa 95% der Polycythemia vera-Patienten gefunden werden kann. Diese konstitutiv aktive JAK2-Variante aktiviert STAT5 und führt so zur Aktivierung von Überlebens- und Proliferationsgenen. STAT5 umfasst zwei verschiedene Genprodukte: STAT5A und STAT5B. Sie haben weitgehend gleiche Funktionen, obwohl auch spezielle Funktionen identifiziert wurden. Bisher ist unklar, welche STAT5-Variante für die Entwicklung von JAK2V617F positive myeloproliferativen Neoplasien die wichtigere ist. Wir glauben, dass STAT5B das entscheidende STAT5-Protein ist, da es in Krebserkrankungen häufiger mutiert vorgefunden wurde als STAT5A. In dieser Masterarbeit haben wir drei verschiedene Ansätze verwendet, um die unterschiedliche Rolle von STAT5A und STAT5B bei JAK2V617F positive myeloproliferativen Neoplasien zu untersuchen. Wir haben ihre Expressionsniveaus in drei myeloproliferativen neoplastischen Zelllinien analysiert und stellten durch Vergleich von JAK2V617F positiven und JAK2V617F negativen Zellen fest, dass JAK2V617F die Expression erhöhter STAT5B-Niveaus nicht beeinflusst. Wir erzeugten auch stabile myeloproliferative neoplastische Zelllinien, die eine der STAT5-Varianten über exprimieren, und stellten fest, dass STAT5B einer JAK2V617F positiven Zelllinie einen proliferativen Vorteil verlieh. Wir untersuchten auch die Megakaryozyten-Differenzierung in einem JAK2V617F/hSTAT5B-Mausmodell, da Megakaryozyten stark an der Entwicklung von Thromboembolien beteiligt sind. Wir fanden heraus, dass eine zusätzliche Expression von STAT5B bei diesen Mäusen zu einer erhöhten Differenzierung von Blutstammzellen zu Megakaryozyten führt. Wir untersuchten auch die Lunge der Mäuse und stellten fest, dass sich in den JAK2V617F tragenden Mäusen Gerinnsel in einigen Blutgefäßen bilden. Wir müssen noch bestätigen, ob die Expression von zusätzlichem hSTAT5B zu erhöhten Gerinnseln führt, was unsere Hypothese bestätigen würde, dass ein erhöhter STAT5B-Wert mit erhöhten Thromboembolien zusammenhängt. Zuletzt analysierten wir periphere Blutproben von Patienten mit myeloproliferativem Neoplasien und ermittelten die Expressionsniveaus von STAT5A und STAT5B. Die Werte waren sehr heterogen und es wurden keine deutlichen Unterschiede zwischen Patienten- und Kontrollproben festgestellt. Zusammenfassend zeigen unsere Experimente, dass eine erhöhte STAT5B-Expression die Proliferation und Differenzierung der Megakaryozyten fördert sowie Krankheitsparameter in JAK2V617F positiven myeloproliferativen Neoplasmamodellen verschlimmert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass unterschiedliche STAT5B-Spiegel, die bei Patienten beobachtet werden, das Fortschreiten der Erkrankung und das Risiko von Thromboembolien bei Patienten mit JAK2V617F positiven myeloproliferativen Neoplasien beeinflussen können.

Schlagwörter in Deutsch

MPN / JAK2V617F / STAT5B / Thrombose / myeloproliferative Neoplasien

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Ploderer, Marie
Title: The role of STAT5B in JAK2V617F-positive myeloproliferative neoplasms
Umfangsangabe: 63 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Molekulare Biologie
Publication year: 2020
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Moriggl, Richard
Assessor: Moriggl, Richard
Classification: 42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Number: AC15595638
Item ID: 60842
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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