Targeting MicroRNAs to Eradicate Leukemia Stem Cells

靶向 MicroRNA 根除白血病干细胞

基本信息

  • 批准号:
    10677007
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.56万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2027-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Leukemia stem cells (LSCs) are at the apex of the acute myeloid leukemia (AML) cellular hierarchy. The quiescent fraction of LSCs provides a reservoir of self-renewing cells that sustain leukemia growth, prevent clonal exhaustion, and are treatment resistant; thus, eliminating LSCs is the `holy grail' of any anti-leukemia treatment. In previous studies, we showed that miR-126 is necessary to maintain a quiescent subfraction of LSCs that prevent clonal exhaustion. We demonstrated how SPRED1/miR-126 autoregulatory loop in LSCs and in BM endothelial cells (ECs) converge to increase miR-126 levels in LSCs, protect them and support leukemia growth. We showed that high miR-126 levels are due to both LSC autonomous mechanisms, resulting in enhanced endogenous production, and non-autonomous mechanisms, through exogenous miR-126 supply from ECs. To deplete miR-126 in LSCs and ECs, we designed a novel oligodeoxynucleotide anti-miR-126 inhibitor, called miRisten. Our data show that pharmacological miR-126 deprivation by miRisten significantly decreases LSC endogenous production of miR-126 and decreases the exogenous supply of endothelial miR-126. The net result is a significant decrease of miR-126 that damages the homeostasis and activity of LSCs, as demonstrated in serial transplant experiments. In addition, we now have evidence that miR-126 enhances mitochondrial metabolism (i.e., oxidative phosphorylation) and mitochondrial dynamics (i.e., mitochondrial fusion) in LSCs through SPRED1/ERK/p-BCL-2/NRF2 signaling. Accordingly, depletion of miR-126 by miRisten treatment significantly downregulates BCL-2 and disrupts mitochondrial metabolism, leading to increased levels of reactive oxygen species and apoptosis of LSCs. In addition, miRisten disrupts LSC mitochondrial function by upregulating the dynamin related protein 1 (DRP1), inducing mitochondrial fission, decreasing mitochondrial membrane potential, and inducing expression of mitophagy marker proteins. Since mitochondria-centered metabolism is the main metabolic energetic source for LSCs, we propose to dissect how miRisten exploits the mitochondrial metabolic vulnerability as a novel mechanism of action to eliminate LSCs. Furthermore, after conducting Investigational New Drug application (IND)-enabling pharmacokinetic, pharmacodynamic and toxicology studies, we will rapidly translate miRisten from bench to beside with a first-in-human phase 1 clinical trial of miRisten in patients with relapsed/refractory (r/r) AML. The central hypothesis of this proposal is that miRisten targets miR- 126-depended metabolic vulnerability of LSCs and will provide a novel therapeutic approach for LSC elimination in AML. We propose the following Specific Aims (SAs): SA#1: Determine the mechanisms of miRisten-induced mitochondrial metabolic vulnerability in LSCs. SA#2: Conduct pharmacokinetic, pharmacodynamic, efficacy and toxicology studies of miRisten to inform dose and schedule selection for human studies. SA#3: Conduct a first-in-human phase 1 trial of miRisten in patients with r/r AML. This project will translate novel discoveries on miR-126 into the clinic, by conducting preclincal studies that culminate in a first-in-human trial of miRisten.
项目概要 白血病干细胞 (LSC) 位于急性髓系白血病 (AML) 细胞层级的顶端。这 LSC 的静止部分提供了自我更新细胞的储存库,可维持白血病生长,防止克隆 精疲力竭,并且对治疗有抵抗力;因此,消除LSC是任何抗白血病治疗的“圣杯”。 在之前的研究中,我们表明 miR-126 对于维持 LSC 的静态亚组分是必需的, 防止克隆耗竭。我们展示了 SPRED1/miR-126 在 LSC 和 BM 中的自动调节环路 内皮细胞 (EC) 聚集以增加 LSC 中的 miR-126 水平,保护它们并支持白血病的生长。 我们表明,高 miR-126 水平是由于两种 LSC 自主机制所致,从而导致增强的 通过 EC 供应外源 miR-126 进行内源性生产和非自主机制。 为了消除 LSC 和 EC 中的 miR-126,我们设计了一种新型寡脱氧核苷酸抗 miR-126 抑制剂,称为 米听。我们的数据表明,miRisten 药理学剥夺 miR-126 显着降低 LSC miR-126 的内源性产生并减少内皮 miR-126 的外源供应。最终结果 miR-126 的显着减少会损害 LSC 的稳态和活性,如 连续移植实验。此外,我们现在有证据表明 miR-126 可以增强线粒体 LSC 中的代谢(即氧化磷酸化)和线粒体动力学(即线粒体融合) 通过 SPRED1/ERK/p-BCL-2/NRF2 信号传导。因此,miRisten 治疗可消除 miR-126 显着下调 BCL-2 并扰乱线粒体代谢,导致反应水平升高 氧种类和 LSC 的凋亡。此外,miRisten 通过上调来破坏 LSC 线粒体功能 动力相关蛋白 1 (DRP1),诱导线粒体裂变,减少线粒体膜 潜力,并诱导线粒体自噬标记蛋白的表达。由于以线粒体为中心的代谢是 作为 LSC 的主要代谢能量来源,我们建议剖析 MiRisten 如何利用线粒体 代谢脆弱性作为消除 LSC 的新作用机制。此外,进行后 研究性新药申请 (IND) 支持药代动力学、药效学和毒理学研究, 我们将通过 miRisten 的首次人体 1 期临床试验,迅速将 miRisten 从实验室转变为临床试验。 复发/难治性 (r/r) AML 患者。该提案的中心假设是 miRisten 的目标是 miR- 126 依赖的 LSC 代谢脆弱性将为消除 LSC 提供新的治疗方法 在反洗钱中。我们提出以下具体目标 (SA): SA#1:确定 miRisten 诱导的机制 LSC 中线粒体代谢的脆弱性。 SA#2:进行药代动力学、药效学、功效 miRisten 的毒理学研究为人类研究的剂量和时间表选择提供信息。 SA#3:行为 MiListen 在 r/r AML 患者中的首次人体 1 期试验。该项目将把新发现转化为 通过进行临床前研究,将 miR-126 推向临床,最终进行了 miRisten 的首次人体试验。

项目成果

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