Cross-talk mechanisms between RUNX1 and inflammatory signals impacting functions of stem and progenitors in Familial Platelet Disorder.

RUNX1 和炎症信号之间的串扰机制影响家族性血小板疾病中干细胞和祖细胞的功能。

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY Germline cancer predispositions are well established for solid tumors. Once thought to be a rare event, predispositions to myeloid malignancies are now included in the latest leukemia classification scheme from the World Health Organization. Thus, more patients are expected to be recognized as carriers which can create a constant fear of developing leukemia in their families. Given the best treatment is prevention, understanding the important factors in transitioning from pre-malignant to overt disease stage is fundamental in establishing guidelines for monitoring and treatment of such patients. Of many leukemia predisposition syndromes, we focus on familial platelet disorders (FPD) caused by monoallelic RUNX1 germline mutations in. RUNX1-mutations in FPD lead to bleeding disorders, lower counts and dysfunction of platelets. FPD is one of the most common forms of inherited myeloid malignancies, and patients have ~40% life-long chance of developing leukemia at median age of 33 years. The transition to overt leukemia is accompanied by acquisition of secondary mutations, though the complete mechanism of disease transformationis unknown. Intriguingly, FPD patients manifest with different allergies such as skin eczema, indicating the possible role of increased inflammation in driving leukemia development. Therefore, we propose that inflammatory stress facilitates leukemia initiation and progression in FPD. To test this, we performed series of experiments using primary FPD bone marrow cells. We observed that FPD hematopoietic stem and progenitors (HSPCs) show myeloid biased differentiation and increased colony formation ability, while fall behind in megakaryocyte differentiation. Single cell transcriptome analysis of healthy and FPD bone marrow cells confirmed the skewed differentiation of progenitors and identified enrichment of inflammatory response pathways in FPD compared to healthy stem cells. Consistently, we found upregulation of inflammatory cytokines in the bone marrow niche, including from mesenchymal stromal cells. Therefore, I hypothesize that a cross-talk between RUNX1-mutations mediated changes in HSPCs and inflammatory microenvironment promotes myeloid growth and differentiation defects in FPD stem and progenitor cells. To address this hypothesis, in Aim 1, I will evaluate the impact of inflammatory stress on growth and differentiation of FPD and healthy HSPCs. I will use the genetic or pharmacological inhibition approaches to dissect the mechanism by which inflammatory stress impacts the functions of FPD HSPCs. Then, I will identify whether these effects are directly regulated by RUNX1 using CUT&Tag experiments. In Aim 2, I will determine the effect of RUNX1-mutated bone marrow stromal cells on the function of FPD and healthy HSPCs using newly established 3D co-culture methods. Then, I will use a unique mouse model with germline Runx1-hetrozygous mutation to determine the role of bone marrow niche on stem cell growth and differentiation defects. The outcomes of this study will improve the existing knowledge of disease biology and contribute to my long-term goal of identifying new targeted therapies for the treatment and even attenuating disease initiation.
项目概要 实体瘤具有种系癌症倾向。曾经被认为是罕见的事件, 骨髓恶性肿瘤的易感性现已包含在最新的白血病分类方案中 世界卫生组织。因此,预计会有更多的患者被认为是携带者,这可以创造一个 一直担心家人会患上白血病。鉴于最好的治疗方法是预防,了解 从癌前阶段过渡到明显疾病阶段的重要因素是建立 此类患者的监测和治疗指南。在许多白血病易感综合征中,我们重点关注 关于由单等位基因 RUNX1 种系突变引起的家族性血小板疾病 (FPD)。 RUNX1 突变 FPD 会导致出血性疾病、血小板计数降低和功能障碍。 FPD 是最常见的形式之一 遗传性骨髓恶性肿瘤,患者终生罹患白血病的几率中位数约为 40% 年龄33岁。然而,向明显白血病的转变伴随着二次突变的获得 疾病转化的完整机制尚不清楚。有趣的是,FPD 患者表现出不同的症状 皮肤湿疹等过敏,表明炎症增加可能导致白血病 发展。因此,我们认为炎症应激促进白血病的发生和进展 平面显示器。为了测试这一点,我们使用原代 FPD 骨髓细胞进行了一系列实验。我们观察到 FPD 造血干细胞和祖细胞 (HSPC) 显示骨髓偏向分化和集落增加 形成能力强,而巨核细胞分化落后。健康人单细胞转录组分析 和 FPD 骨髓细胞证实了祖细胞的倾斜分化,并确定了 与健康干细胞相比,FPD 中的炎症反应途径。一致地,我们发现上调 骨髓生态位中的炎症细胞因子,包括来自间充质基质细胞的炎症细胞因子。因此,我 假设 RUNX1 突变之间的串扰介导 HSPC 和炎症的变化 微环境促进 FPD 干细胞和祖细胞的骨髓生长和分化缺陷 细胞。为了解决这个假设,在目标 1 中,我将评估炎症应激对生长和生长的影响。 FPD 和健康 HSPC 的分化。我将使用遗传或药物抑制方法 剖析炎症应激影响 FPD HSPC 功能的机制。然后我会识别 使用 CUT&Tag 实验确定这些效应是否由 RUNX1 直接调节。在目标 2 中,我将确定 使用新方法研究RUNX1突变的骨髓基质细胞对FPD和健康HSPC功能的影响 建立了3D共培养方法。然后,我将使用具有种系 Runx1 杂合子的独特小鼠模型 突变以确定骨髓生态位对干细胞生长和分化缺陷的作用。这 这项研究的结果将提高现有的疾病生物学知识,并有助于我的长期研究 目标是确定新的靶向疗法来治疗甚至减轻疾病的发生。

项目成果

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