Molecular mechanisms of drug resistance and disease progression in acute myeloid leukemia

急性髓系白血病耐药和疾病进展的分子机制

基本信息

  • 批准号:
    9922661
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-04-01 至 2023-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Acute myeloid leukemia (AML) is a heterogeneous disease with highly variable clinical outcomes. Recurring chromosomal abnormalities permit assignment of some AML patients to favorable vs unfavorable prognostic groups. Adverse prognosis is also associated with increased expression of a set of homeodomain transcription factors (HoxA7-11 and Meis1) and their target genes. This expression profile is found in AML with translocation or partial duplication of the MLL1 gene (i.e. 11q23-AML), translocations involving the MYST3 and CREBBP genes, and a subset of cytogenetically normal (CN) AML. We previously identified a set of common HoxA9/10 target genes that was enriched for cytokine receptors and their pathways, including Fgf2, Tgfβ2 and β3 integrin. HoxA9 and 10 cooperate to activate these genes in hematopoietic and leukemia stem cells (HSC and LSC). Consistent with this, we found that treatment with Fgf- R inhibitors (Fgf-R blocking antibody or the small molecule inhibitor, nintedanib) decreased proliferation and survival of CD34+ bone marrow cells from subjects with “Hox-profile” AML compared to samples from those without. In preliminary studies, we found that adding nintedanib to standard induction chemotherapy significantly prolonged remission and survival vs chemotherapy alone in a murine model of MLL1 rearranged leukemia. HoxA9 and A10 also regulate the innate immune response, but in this case their activities are antagonistic. During the innate immune response, activation of emergency granulopoiesis requires HoxA9, but HoxA10 is required to terminate the process. Termination required activation of the Triad1 gene by HoxA10; a process that involved overcoming repression by HoxA9. Triad1 is an E3 ubiquitin ligase that degrades growth factor receptors and Mdm2. We found Triad1 knockdown accelerated leukemogenesis in a murine model of 11q23-AML. In this murine model, we found the Lin-ckit+ LSC transcriptome was enriched for pathways involved in cytokine production, receptor tyrosine kinase (RTK) signaling, regulation of protein kinase activity, and positive regulation of the immune response vs control cells. We also found activation of pathways not previously associated with 11q23-AML, including Rap1 signaling. We profiled gene expression in mice in chemotherapy- induced remission (destined to relapse) vs chemotherapy + nintedanib (with sustained remission). We found differences in cytokine receptor activity, Pi3k/Akt signaling, guanine nucleotide exchange factor activity, purine/pyrimidine metabolism, oxidative stress response, and glycosamino-glycan biosynthesis. We hypothesize that adverse prognosis in Hox-overexpressing AML is characterized by impaired regulation of cytokine stimulated pathways and an activated stress response. These pathways represent rationale therapeutic targets to decrease chemotherapy resistance. This hypothesis will be pursued through three aims: Aim 1: Define the role of receptor tyrosine kinase pathways in drug resistance in Hox-overexpressing AML. We will study RTK/PI3K signaling pathways identified in our studies in bone marrow from murine AML models, including activity of anti-apoptotic BH3 proteins and protein phosphatase 2a (PP2a). Aim 2: Determine the impact of Rap1 signaling on disease progression in Hox-overexpressing AML. We will determine the role of various guanine nucleotide exchange factors on Rap or Ras activity, disease progression, and LSC persistence during chemotherapy. Aim 3: Investigate these pathways in AML patient samples. CD34+ bone marrow cells from AML patients at presentation or with relapsed or refractory disease after standard chemotherapy +/- approved agents will be analyzed. Hox-overexpressing AML will be compared to AML without increased Hox protein expression. The goal of these studies is to identify therapeutic targets to abolish or suppress LSCs during or after chemotherapy in adverse prognosis AML. This will be especially relevant to design new approaches to patients who are not candidates for aggressive treatment due to refractory disease or the presence of co-morbidities.
急性髓系白血病 (AML) 是一种异质性疾病,其临床结果差异很大。 染色体异常允许将一些 AML 患者分配为有利或不利的预后 不良预后也与一组同源域转录的表达增加有关。 因子(HoxA7-11 和 Meis1)及其靶基因在易位的 AML 中发现了这种表达谱。 或 MLL1 基因的部分重复(即 11q23-AML)、涉及 MYST3 和 CREBBP 的易位 基因和细胞遗传学正常 (CN) AML 的子集。 我们之前鉴定了一组常见的 HoxA9/10 靶基因,这些基因富含细胞因子受体 及其通路,包括 Fgf2、Tgfβ2 和 β3 整合素,HoxA9 和 10 协同激活这些基因。 与此一致的是,我们发现用 Fgf- 治疗造血干细胞和白血病干细胞。 R抑制剂(Fgf-R阻断抗体或小分子抑制剂尼达尼布)减少和增殖 患有“Hox 谱”AML 受试者的 CD34+ 骨髓细胞的存活率与来自这些受试者的样本的比较 在初步研究中,我们发现将尼达尼布添加到标准诱导化疗中显着。 在 MLL1 重排白血病小鼠模型中,与单独化疗相比,延长了缓解和生存期。 HoxA9 和 A10 也调节先天免疫反应,但在这种情况下,它们的活性是拮抗的。 在先天免疫反应期间,紧急粒细胞生成的激活需要 HoxA9,但 HoxA10 是 终止该过程需要 HoxA10 激活 Triad1 基因; 涉及克服 HoxA9 的抑制,Triad1 是一种 E3 泛素连接酶,可降解生长因子受体。 我们发现 Triad1 敲低会加速 11q23-AML 小鼠模型中的白血病发生。 在这个小鼠模型中,我们发现 Lin-ckit+ LSC 转录组富集了参与的通路 细胞因子的产生、受体酪氨酸激酶 (RTK) 信号传导、蛋白激酶活性的调节以及阳性 我们还发现了以前未发现的途径的激活。 与 11q23-AML 相关,包括 Rap1 信号传导,我们分析了化疗小鼠中的基因表达。 我们发现诱导缓解(注定会复发)与化疗+尼达​​尼布(持续缓解)。 细胞因子受体活性、Pi3k/Akt 信号传导、鸟嘌呤核苷酸交换因子活性的差异, 嘌呤/嘧啶代谢、氧化应激反应和糖胺聚糖生物合成。 Hox 过度表达 AML 的不良预后特点是调节受损 细胞因子刺激途径和激活的应激反应。 降低化疗耐药性的治疗目标将通过三个目标来实现: 目标 1:定义受体酪氨酸激酶通路在 Hox 过度表达的耐药性中的作用 我们将研究在小鼠 AML 骨髓中发现的 RTK/PI3K 信号通路。 模型,包括抗凋亡 BH3 蛋白和蛋白磷酸酶 2a (PP2a) 的活性。 目标 2:确定 Rap1 信号传导对 Hox 过表达 AML 疾病进展的影响。 我们将确定各种鸟嘌呤核苷酸交换因子对 Rap 或 Ras 活性、疾病的作用 以及化疗进展期间 LSC 的持续存在。 目标 3:研究 AML 患者样本中的这些通路。 就诊时或标准化疗后复发或难治性疾病+/-批准的药物将 将分析 Hox 过度表达的 AML 与无 Hox 蛋白表达增加的 AML 进行比较。 这些研究的目的是确定在治疗期间或之后消除或抑制 LSC 的治疗靶点 不良预后 AML 的化疗这对于为患者设计新方法尤其重要。 由于难治性疾病或存在合并症而不适合积极治疗的人。

项目成果

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