Cytogenetic characteristics of hematopoietic and stromal progenitor cells in myelodysplastic syndrome

Abstract

AIM: To study and compare cytogenetic abnormalities in the bone marrow (BM) and peripheral blood (PB) CD34+ hematopoietic progenitor cells and in the BM mesenchymal stromal cells (MSCs) in patients with myelodysplastic syndrome (MDS)/MATERIAL AND METHODS: The results of a cytogenetic analysis of the total population of BM cells (BMC), CD34+ hematopoietic progenitor cells from BM and PB, and BM MSCs were analyzed in 35 patients (29 patients with MDS and 6 with MDS transformed into acute myeloid leukemia (AML)) and 7 healthy BM donors. Cytogenetic examinations were performed by G-banding of chromosomes and fluorescence in situ hybridization (FISH)/RESULTS: The BMC karyotype was abnormal in 17 (49%) of the 35 patients (13 with MDS and 4 with AML); the others were found to have a normal BM karyotype. The FISH analysis confirmed the same cytogenetic abnormalities in the BM and PB CD34+ hematopoietic progenitor cells in all the examinees with an abnormal karyotype. The mean abnormal clone sizes in the total population of BMCs and BM and PB CD34+ progenitor cells did not differ and constituted 65.8, 73.1, and 74.8%, respectively. The patients with a normal BM karyotype had no chromosome abnormalities in the CD34+ cells either. The karyotype of MSCs was analyzed in 23 (19 with MDS and 4 with AML) of the 35 patients. No karyotype abnormalities were revealed in the patients with MDS transformed into AML. There were structural chromosome aberrations in 2 (11%) of the 19 patients with MDS (one with constitutional inv(9)(p13q21) was found to have non-clonal translocation t(2;22)(p10;q11) and the other had a clone with an additional segment of the long arm of chromosome 2 in 35% of the cells. No numerical MSC karyotype abnormalities were detected. A normal MSC karyotype was defined in 7 healthy BM donors/CONCLUSION: The cytogenetic analysis of hematopoietic and mesenchymal progenitor cells showed that the chromosome abnormalities revealed in these cell populations were different in the patients with MDS. The isolated CD34+ cells displayed the same cytogenetic abnormalities as in a total population of BMC. Examination of the latter could reveal no cytogenetic abnormalities in the majority of the patients. A normal BMC karyotype was detectable in the patients with AML. Two (11%) patients with MDS were found to have structural chromosome abnormalities that differed from those detected in the total population of BMC and in isolated CD34+ cells. The differences of chromosome abnormalities in the hematopoietic and mesenchymal progenitor cells point to the fact that the stromal microenvironment is not part of the abnormal clone in MDS, however, it may be of great importance in the pathogenesis of the disease.

Full Text

Цитогенетическая характеристика гемопоэтических и стромальных клеток-предшественниц при миелодиспластическом синдроме. - Резюме. Цель исследования. Изучить и сравнить цитогенетические аномалии в гемопоэтических клетках-предшественницах CD34+, выделенных из костного мозга (КМ), периферической крови и мезенхимальных стромальных клеток (МСК), у пациентов с миелодиспластическим синдромом (МДС). Материалы и методы. Представлены результаты цитогенетического анализа общей популяции клеток костного мозга (ККМ), гемопоэтических клеток-предшественниц CD34+ КМ, периферической крови и МСК КМ 35 больных (29 с МДС и 6 в стадии трансформации в острый миелоидный лейкоз - ОМЛ) и 7 здоровых доноров КМ. Цитогенетическое исследование выполнено методами G-дифференциального окрашивания хромосом (G-band) и флюоресцентной in situ гибридизации (FISH). Результаты. У 17 (49%) из 35 больных (с МДС 13 и с ОМЛ 4) в ККМ выявлены аномалии кариотипа, у остальных определен нормальный кариотип. У всех обследованных пациентов с аномалиями кариотипа с помощью FISH-исследования подтверждено наличие тех же цитогенетических аномалий в выделенных из КМ и периферической крови гемопоэтических клетках-предшественницах CD34+. Средние размеры патологического клона в общей популяции ККМ, ККМ CD34+ и клетках периферической крови CD34+ не различались и составили 65,8, 73,1 и 74,8% соответственно. У пациентов, в КМ которых определен нормальный кариотип, в клетках CD34+ также не выявлены хромосомные аномалии. Кариотип МСК проанализирован у 23 (с МДС - 19 и с ОМЛ - 4) из 35 больных. У пациентов с трансформацией в ОМЛ аномалии кариотипа не выявлены. У 2 (11%) из 19 пациентов с МДС определены структурные хромосомные аберрации - у одного с конституциональной инверсией inv(9)(p13q21) обнаружена неклональная транслокация t(2;22)(p10;q11), у другого - клон с добавочным сегментом длинного плеча 2-й хромосомы в 35% клеток. Численные аномалии кариотипа МСК не выявлены. У 7 здоровых доноров КМ определен нормальный кариотип МСК. Заключение. Цитогенетический анализ гемопоэтических и стромальных клеток-предшественниц показал, что хромосомные аномалии, выявленные в этих клеточных популяциях, у пациентов с МДС различны. В изолированных клетках CD34+ определены те же цитогенетические аномалии, что и в общей популяции ККМ. При исследовании МСК у большинства пациентов цитогенетические аномалии не обнаружены. У пациентов с ОМЛ определен нормальный кариотип МСК. У 2 (11%) пациентов с МДС обнаружены структурные хромосомные аномалии, которые отличались от выявленных в общей популяции ККМ и изолированных клетках CD34+. Различия хромосомных аномалий в кроветворных и мезенхимальных клетках-предшественницах указывают на то, что стромальное микроокружение не является частью патологического клона при МДС, однако, вероятно, имеет большое значение в патогенезе заболевания.
×

References

  1. Swerdlowet St.H. WHO Classification of tumors of haematopoietic and lymphoid tissues, 4th Ed. 2008: 88-107.
  2. Савченко В.Г., Паровичникова Е.Н., Михайлова Е.А. Миелодиспластический синдром: некоторые вопросы патогенеза и лечения. Тер арх 1996; 7: 31-37.
  3. HofmanW., Lubbert M. Myelodysplastic syndromes. Hematol J 2004; 5: 1-8.
  4. Ольшанская Ю.В., Домрачева Е.В., Удовиченко А.И. Хромосомные перестройки при миелодиспластическом синдроме. Тер арх 2005; 7: 27-33.
  5. Haase D. Cytogenetic features in myelodysplastic syndromes. Ann Hematol 2008; 87: 515-526.
  6. Haase D., Feuring-Bruske M., Konemann S. Evidence for malignant transformation in acute myeloid leukemia at the level of early hematopoietic stem cells by cytogenetic analysis of CD34+ subpopulations. Blood 1995; 86: 2906-2912.
  7. Braulke F., Schanz J., Jung K. FISH analysis of circulating CD34+ cells as a new tool for genetic monitoring in MDS: verification of the method and application to 27 MDS patients. Leuk Res 2010; 34 (10): 1296-1301.
  8. Nilson L., Astrand-Grundstrom I., Arvidsson I. Isolation and characterization of hematopoietic progenitor/stem cells in 5q-deleted myelodysplastic syndromes: evidence for involvement at the hematopoietic stem cell level. Blood 2000; 96: 2012-2021.
  9. Nilson L., Astrand-Grundstrom I., Arvidsson I. Involvement and functional impairment of the CD34+CD38-Thy+ hematopoietic stem cells pool in myelodysplastic syndromes with trisomy 8. Blood 2002; 100: 259-267.
  10. Tehranchi R., Woll P.S., Andreson K. Persistent malignant stem cells in del(5q) myelodysplasia in remission. N Engl J Med 2010; 363 (11): 1025-1037.
  11. Nimer S.D. MDS: A stem cell disorder - but what exactly is wrong with the primitive hematopoietic cells in this disease? ASH Education Book 2008; 1: 43-51.
  12. Jaju R.J., Jones M., Boultwood J. Combined immunophenotyping and FISH identifies the involvement of B-cells in 5q-syndrome. Genes Chromosomes 2000; 29: 276-280.
  13. Kiladjian J.J., Bourgeous E., Lobe I. Cytolytic function and survival of natural killer cells are severely altered in myelodysplastic syndromes. Leukemia 2006; 20: 463-470.
  14. Чертков И.Л., Дризе Н.И. "Пластичность" костномозговых стволовых клеток. Тер арх 2004; 7: 5-11.
  15. Jädersten M., Hellström-Lindberg E. Myelodysplastic syndromes: biology and treatment. J Intern Med 2009; 265 (3): 307-328.
  16. Varga G., Kiss J., Varkonyj J. Inappropriate Notch activity and limited mesenchymal stem cell plasticity in the bone marrow of patients with myelodysplastic syndromes. Pathol Oncol Res 2007; 13: 311-319.
  17. Marcondes A.M., Ramakrishman A., Deeg H.J. Myeloid malignancies and marrow microenvironment: some recent studies in patients with MDS. Curr Cancer 2009; 5 (4): 310-314.
  18. Geyh S., Cadeddu P.R., Fröbel J. Analysis of mesenchymal stromal cells and their interactions with CD34 stem and progenitor cells in patients with myelodysplastic syndromes. Blood (ASH Annual Meeting Abstracts) 2011; 118: 2393.
  19. Ramakrishman A., Awaya N., Bryant E. The stromal component of the marrow microenvironment is not derived from the malignant clone in MDS. Blood 2006; 108 (2): 772-773.
  20. Soenen-Cornu V., Tourino C., Bonnet M.L. Mesenchymal cells generated from patients with myelodysplastic syndromes are devoid of chromosomal clonal markers and support short- and long-term hematopoiesis in vitro. Oncogene 2005; 24 (15): 2441-2448.
  21. Alvi S., Shaher A., Shetty V. Successful establishment of long-term bone marrow cultures in 103 patients with myelodysplastic syndromes. Leuk Res 2001; 25: 941-54.
  22. Flores-Figueroa E., Arana-Trejo R.M., Gutierrez-Espindola G. Mesenchymal stem cells in myelodysplastic syndromes: phenotypic and cytogenetic characterization. Lek Res 2005; 29: 215-224.
  23. Flores-Figueroa E., Montesinos J.J., Flores-Guzman P. Functional analysis of myelodysplastic syndromes-derived mesenchymal stem cells. Leuk Res 2008: 32 (9): 1407-1416.
  24. Blau O., Hofman W., Baldus C.D. Chromosomal aberrations in bone marrow mesenchymalstroma cells from patients with myelodysplastic syndrome and acute myeloblasticleukemia. Exp Hemat 2007; 35 (2): 221-229.
  25. Blau O., Baldus C.D., Hofman W. Mesenchymal stromal cells of myelodysplastic syndrome and acute myeloid leukemia patients have distinct genetic abnormalities compared with leukemic blasts. Blood 2011; 118 (20): 5583-5592.
  26. Lopes-Villar O., Garcia J.L., Sanches-Guijo F.M. Both expanded and uncultured mesenchymal stem cells from MDS patients are genomically abnormal, showing a specific genetic profile for the5q- syndrome. Leuk 2008; 23: 664-672.
  27. Raaijmakers M., Mukherjee S., Guo S. Bone progenitor dysfunction induces myelodysplasia and secondary leukemia. Nature 2010; 464: 852-857.
  28. Seabright M. Rapid banding technique for human chromosomes. Lancet 1971; 2: 71-72.
  29. Zhang Z., Guan L., Zhang K. Cytogenetic analysis of human bone marrow derived mesenchymal stem cells passaged in vitro. Cell Biol Int 2007; 6: 645-648.
  30. Shaffer L.G., Tommerup N. (eds), Karger S. An International System for Human Cytogenetic Nomenclature. Basel 2005; 130.
  31. Greenberg P.L., Tuechler H., Schanz J. Revised international prognostic scoring system for myelodysplastic syndromes. Blood 2012; 120 (12): 2454-2465.
  32. Абрашкина Ю.С., Ольшанская Ю.В., Удовиченко А.И. Эффективность метода флюоресцентной in situ гибридизации (FISH) для выявления скрытых хромосомных перестроек при миелодиспластических синдромах. Гематол и трансфузиол 2008; 2: 3-7.
  33. Dieter D.S., Trullemans F., Jochmans K. Diagnostic potential of CD34+ cell antigen expression in myelodysplastic syndromes. Am J Clin Pathol 2012; 138: 732-743.
  34. Marisavljevic D., Kraguljac-Kurtovic N. Biological implications of circulating CD34(+) cells in myelodysplastic syndromes. J Buon 2010; 15 (4): 753-757.
  35. Lu-Xi Song, Juan Guo, Qi He. Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in Myelodysplastic Syndromes: Cytogenetic Characterization. Acta Haematol 2012; 128: 170-177.

Copyright (c) 2013 Pimenova M.A., Parovichnikova E.N., Kokhno A.V., Domracheva E.V., Manakova T.E., Mal'tseva I.S., Konnova M.L., Shishigina L.A., Savchenko V.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
 

Address of the Editorial Office:

  • Novij Zykovskij proezd, 3, 40, Moscow, 125167

Correspondence address:

  • Alabyan Street, 13/1, Moscow, 127055, Russian Federation

Managing Editor:

  • Tel.: +7 (926) 905-41-26
  • E-mail: e.gorbacheva@ter-arkhiv.ru

 

© 2018-2021 "Consilium Medicum" Publishing house


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies