Role of Survivin Splice Variants in Pediatric Acute Precursor B Lymphoblastic Leukemia

Abstract

Background: Survivin, a member of the inhibitor of apoptosis protein (IAP) family is transiently expressed at low levels during normal hematopoesis but profoundly overexpressed in adult leukemia potentially contributing to leukemogenesis due to deregulated apoptosis and defective cell cycle control. Alternative splicing results in four different mRNA variants survivin, survivin2B, survivin-ΔExon3 and survivin-3B, with distinct cellular localization patterns and anti-apoptotic potential. Due to co-localization of survivin and survivin-2B in the cytoplasm survivin-2B may permit interactive fine-tuning of survivin actions and moreover play an attenuating role in its anti-apoptotic function. Lack of survivin-2B is associated with disease progression of malignomas suggesting a differential role of these isoforms in tumorigenesis.

Patients and methods: We therefore determined the expression of the functional survivin splice variants performing RT- and real-time PCR in a purely pediatric cohort of 20 patients suffering from precursor B-ALL (BCP-ALL).

Results: Here, we demonstrate for the first time in pediatric patients with precursor B-ALL an association between lower survivin-2B expression and affiliation to the high risk group.

Conclusion: The idea that survivin-2B may act as natural antagonist of survivin could potentially be used in novel approaches of anti-cancer treatment by influencing the proportional expression of the different splice variants.

Zusammenfassung

Hintergrund: Survivin, das zur Familie der anti-apoptotischen Proteine gehört, wird transient in niedriger Höhe in hämatopoetischen Zellen exprimiert. Im Gegensatz zu reifen Zellen ließ sich eine deutliche Überexpression dieses Moleküls in Leukämiezellen von erwachsenen Patienten nachweisen. Aufgrund seiner deregulierenden Wirkung auf die Apoptose und Störung der Zellzykluskontrolle ist es vermutlich an der malignen Transformation der Leukämieblasten ursächlich beteiligt. Alternatives Splicing führt zur Entstehung von vier verschiedenen Survivinvarianten, die als Survivin, Survivin-2B, Survivin-ΔExon3 und Survivin-3B bezeichnet werden. Diese Isoformen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Lokalisation in der Zelle und ihres antiapoptotischen Potentials. Eine fehlende Expression von Suvivin-2B ist assoziiert mit fortgeschrittenen Tumorstadien und legt eine unterschiedliche Bedeutung der verschiedenen Splicevarianten im Rahmen der Entstehung maligner Zellen nahe.

Patienten und Methode: Wir haben ein homogenes Kollektiv von 20 pädiatrischen Patienten mit Vorläufer-B-ALL auf das Expressionsmusters von Survivin und seine funktionell bedeutenden mRNA-Splicevarianten mittels RT- und real-time PCR untersucht.

Ergebnis: Unsere Untersuchungen zur Expression der Splicevarianten in Vorläufer B-ALL Blasten von Kindern zeigen erstmalig, dass eine niedrigere Expression der attenuierenden Survivin-2B Isoform mit der Zugehörigkeit zur Hochrisikogruppe assoziiert ist.

Schlussfolgerung: Die Erkenntnis, dass Survivin-2B, das als natürlicher Antagonist von Survivin wirken kann, mit günstigen prognostischen Faktoren assoziiert ist, lässt sich möglicherweise in Zukunft zur Entwicklung alternativer Therapieansätze in der Leukämiebehandlung nutzen, indem man versucht das Expressionsverhältnis der verschiedenen Isoformen zu beeinflussen.

Survivin - precursor B-ALL - pediatrics - PCR

Survivin - Vorläufer B-ALL - Pädiatrie - Polymerasekettenreaktion

References

• 1 Adida C, Haioun C, Gaulard P, Lepage E, Morel P, Briere J, Dombret H, Reyes F, Diebold J, Gisselbrecht C, Salles G, Altieri DC, Molina TJ. Prognostic significance of survivin expression in diffuse large B-cell lymphomas.  Blood. 2000;  96 1921-1925
• 2 Adida C, Recher C, Raffoux E, Daniel MT, Taksin AL, Rousselot P, Sigaux F, Degos L, Altieri DC, Dombret H. Expression and prognostic significance of survivin in de novo acute myeloid leukaemia.  Br J Haematol. 2000;  111 196-203
• 3 Asanuma K, Moriai R, Yajima T, Yagihashi A, Yamada M, Kobayashi D, Watanabe N. Survivin as a radioresistance factor in pancreatic cancer.  Jpn J Cancer Res. 2000;  91 1204-1209
• 4 Badran A, Yoshida A, Ishikawa K, Goi T, Yamaguchi A, Ueda T, Inuzuka M. Identification of a novel splice variant of the human anti-apoptopsis gene survivin.  Biochem Biophys Res Commun. 2004;  314 902-907
• 5 Caldas H, Honsey LE, Altura RA. Survivin 2alpha: a novel Survivin splice variant expressed in human malignancies.  Mol Cancer. 2005;  4 11
• 6 Caldas H, Jiang Y, Holloway MP, Fangusaro J, Mahotka C, Conway EM, Altura RA. Survivin splice variants regulate the balance between proliferation and cell death.  Oncogene. 2005;  24 1994-2007
• 7 Den Boer ML, Harms DO, Pieters R, Kazemier KM, Gobel U, Korholz D, Graubner U, Haas RJ, Jorch N, Spaar HJ, Kaspers GJ, Kamps WA, Van der Does-Van den Berg A, Van Wering ER, Veerman AJ, Janka-Schaub GE. Patient stratification based on prednisolone-vincristine-asparaginase resistance profiles in children with acute lymphoblastic leukemia.  J Clin Oncol. 2003;  21 3262-3268
• 8 Fukuda S, Pelus LM. Regulation of the inhibitor-of-apoptosis family member survivin in normal cord blood and bone marrow CD34(+) cells by hematopoietic growth factors: implication of survivin expression in normal hematopoiesis.  Blood. 2001;  98 2091-2100
• 9 Janka-Schaub GE, Harms DO, den Boer ML, Veerman AJ, Pieters R. In vitro drug resistance as independent prognostic factor in the study COALL-O5-92 Treatment of childhood acute lymphoblastic leukemia; two-tiered classification of treatments based on accepted risk criteria and drug sensitivity profiles in study COALL-06-97].  Klin Padiatr. 1999;  211 233-238
• 10 Kamihira S, Yamada Y, Hirakata Y, Tomonaga M, Sugahara K, Hayashi T, Dateki N, Harasawa H, Nakayama K. Aberrant expression of caspase cascade regulatory genes in adult T-cell leukaemia: survivin is an important determinant for prognosis.  Br J Haematol. 2001;  114 63-69
• 11 Kappler M, Kohler T, Kampf C, Diestelkotter P, Wurl P, Schmitz M, Bartel F, Lautenschlager C, Rieber EP, Schmidt H, Bache M, Taubert H, Meye A. Increased survivin transcript levels: an independent negative predictor of survival in soft tissue sarcoma patients.  Int J Cancer. 2001;  95 360-363
• 12 Kawasaki H, Altieri DC, Lu CD, Toyoda M, Tenjo T, Tanigawa N. Inhibition of apoptosis by survivin predicts shorter survival rates in colorectal cancer.  Cancer Res. 1998;  58 5071-5074
• 13 Krieg A, Mahotka C, Krieg T, Grabsch H, Muller W, Takeno S, Suschek CV, Heydthausen M, Gabbert HE, Gerharz CD. Expression of different survivin variants in gastric carcinomas: first clues to a role of survivin-2B in tumour progression.  Br J Cancer. 2002;  86 737-743
• 14 Mahotka C, Krieg T, Krieg A, Wenzel M, Suschek CV, Heydthausen M, Gabbert HE, Gerharz CD. Distinct in vivo expression patterns of survivin splice variants in renal cell carcinomas.  Int J Cancer. 2002;  100 30-36
• 15 Mahotka C, Liebmann J, Wenzel M, Suschek CV, Schmitt M, Gabbert HE, Gerharz CD. Differential subcellular localization of functionally divergent survivin splice variants.  Cell Death Differ. 2002;  9 1334-1342
• 16 Mahotka C, Wenzel M, Springer E, Gabbert HE, Gerharz CD. Survivin-deltaEx3 and survivin-2B: two novel splice variants of the apoptosis inhibitor survivin with different antiapoptotic properties.  Cancer Res. 1999;  59 6097-6102
• 17 Monzo M, Rosell R, Felip E, Astudillo J, Sanchez JJ, Maestre J, Martin C, Font A, Barnadas A, Abad A. A novel anti-apoptosis gene: Re-expression of survivin messenger RNA as a prognosis marker in non-small-cell lung cancers.  J Clin Oncol. 1999;  17 2100-2104
• 18 Moricke A, Zimmermann M, Reiter A, Gadner H, Odenwald E, Harbott J, Ludwig WD, Riehm H, Schrappe M. Prognostic impact of age in children and adolescents with acute lymphoblastic leukemia: data from the trials ALL-BFM 86, 90, and 95.  Klin Padiatr. 2005;  217 310-320
• 19 Nakagawa Y, Yamaguchi S, Hasegawa M, Nemoto T, Inoue M, Suzuki K, Hirokawa K, Kitagawa M. Differential expression of survivin in bone marrow cells from patients with acute lymphocytic leukemia and chronic lymphocytic leukemia.  Leuk Res. 2004;  28 487-494
• 20 Notarbartolo M, Cervello M, Dusonchet L, Cusimano A, D’Alessandro N. Resistance to diverse apoptotic triggers in multidrug resistant HL60 cells and its possible relationship to the expression of P-glycoprotein, Fas and of the novel anti-apoptosis factors IAP (inhibitory of apoptosis proteins).  Cancer Lett. 2002;  180 91-101
• 21 Sarela AI, Macadam RC, Farmery SM, Markham AF, Guillou PJ. Expression of the antiapoptosis gene, survivin, predicts death from recurrent colorectal carcinoma.  Gut. 2000;  46 645-650
• 22 Tamm I, Richter S, Oltersdorf D, Creutzig U, Harbott J, Scholz F, Karawajew L, Ludwig WD, Wuchter C. High expression levels of x-linked inhibitor of apoptosis protein and survivin correlate with poor overall survival in childhood de novo acute myeloid leukemia.  Clin Cancer Res. 2004;  10 3737-3744
• 23 Tanaka K, Iwamoto S, Gon G, Nohara T, Iwamoto M, Tanigawa N. Expression of survivin and its relationship to loss of apoptosis in breast carcinomas.  Clin Cancer Res. 2000;  6 127-134
• 24 Yamada Y, Kuroiwa T, Nakagawa T, Kajimoto Y, Dohi T, Azuma H, Tsuji M, Kami K, Miyatake S. Transcriptional expression of survivin and its splice variants in brain tumors in humans.  J Neurosurg. 2003;  99 738-745
• 25 Yoshida H, Ishiko O, Sumi T, Matsumoto Y, Ogita S. Survivin, bcl-2 and matrix metalloproteinase-2 enhance progression of clear cell- and serous-type ovarian carcinomas.  Int J Oncol. 2001;  19 537-542

1 Both authors contributed equally to the manuscript

Correspondence