$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Konstytutywna aktywność kinazy tyrozynowej onkogenu fuzji BCR-ABL1 powoduje CML, co stanowi uzasadnienie dla celowania w aktywność kinazy przez inhibitory małych cząsteczek. Sukces TKI w leczeniu pacjentów z CML zrewolucjonizował koncepcję terapii celowanej1,2. Następnie terapia antykinazowa jako medycyna precyzyjna została opracowana dla kilku innych nowotworów złośliwych, w tym guzów litych. Do tej pory ponad trzydzieści inhibitorów kinaz zostało zatwierdzonych przez amerykańską FDA do leczenia różnych nowotworów złośliwych. Chociaż leczenie TKI jest bardzo skuteczne w tłumieniu choroby, nie jest wyleczalne. Poza tym podczas leczenia utrzymuje się niewielka populacja komórek nowotworowych: MRD3,4,5. Nawet pacjenci, którzy wykazali całkowitą remisję, pozostają z MRD, które ostatecznie prowadzi do nawrotu, jeśli nie jest stale tłumione. Dlatego eliminacja komórek MRD jest konieczna, aby osiągnąć trwałą lub leczniczą odpowiedź. CML stanowi cenny paradygmat do definiowania koncepcji medycyny precyzyjnej, mechanizmów onkogenezy, racjonalnych terapii ukierunkowanych na cel, progresji choroby i oporności na leki. Jednak nawet dzisiaj mechanizm napędzający śmierć komórek indukowaną przez TKI w komórkach nowotworowych nie jest w pełni zrozumiały, ani dlaczego komórki MRD (składające się z białaczkowych komórek macierzystych [LSC]) są wewnętrznie odporne na TKIs4,6. Niemniej jednak zjawisko "uzależnienia onkogenu" od zmutowanej onkoproteiny kinazy jest związane ze skutecznością TTKI, gdzie ostre hamowanie docelowego onkogenu przez TKI powoduje wstrząs onkogenny, który prowadzi do masywnej odpowiedzi proapoptotycznej lub spoczynku w sposób zależny od kontekstu komórki6,7,8,9. Brakuje jednak mechanistycznych podstaw zależności onkogenowej. Ostatnie badania sugerują, że sygnalizacja czynnika wzrostu znosi zależność od onkogenu, a w konsekwencji nadaje oporność na terapię TKI 10,11,12. Dlatego, aby uzyskać wgląd w mechanizm uzależnienia od onkogenów, przeprowadziliśmy profilowanie ekspresji całego genomu z komórek uzależnionych i nieuzależnionych BCR-ABL1 (hodowanych z czynnikami wzrostu), które ujawniły, że c-Fos i Dusp1 są krytycznymi mediatorami uzależnienia od onkogenu13. Genetyczna delecja c-Fos i Dusp1 jest syntetycznie śmiertelna dla komórek wykazujących ekspresję BCR-ABL1, a myszy użyte w eksperymencie nie rozwinęły białaczki. Co więcej, hamowanie c-Fos i DUSP1 przez inhibitory małocząsteczkowe wyleczyło CML indukowaną przez BCR-ABL1 u myszy. Wyniki pokazują, że poziomy ekspresji c-Fos i Dusp1 definiują próg apoptozy w komórkach nowotworowych, tak że niższe poziomy nadają wrażliwość na lek, podczas gdy wyższe poziomy powodują oporność na terapię13.
Aby zidentyfikować geny napędzające uzależnienie od onkogenu, przeprowadziliśmy kilka eksperymentów profilowania ekspresji całego genomu w obecności czynnika wzrostu i TKI (imatynibu) przy użyciu zarówno myszy, jak i komórek pochodzących od pacjentów z CML (K562). Dane te analizowano równolegle z zestawami danych pacjentów z CML uzyskanymi z hematopoetycznych komórek macierzystych CD34+ przed i po leczeniu imatynibem. Analiza ta ujawniła trzy geny (czynnik transkrypcyjny [c-Fos], fosfatazę o podwójnej swoistości 1 [Dusp1] i białko wiążące RNA [Zfp36]), które są zwykle regulowane w górę w komórkach opornych na TKI. Aby potwierdzić znaczenie tych genów w nadawaniu oporności na leki, przeprowadziliśmy krok po kroku analizę in vitro i in vivo. Poziomy ekspresji tych genów zostały potwierdzone za pomocą qPCR w czasie rzeczywistym (RT-qPCR) i western blotting w komórkach opornych na leki. Co więcej, nadekspresja cDNA i knockdown przez spinki do włosów shRNA c-Fos, Dusp1 i Zfp36 ujawniły, że podwyższone ekspresje c-Fos i Dusp1 są wystarczające i konieczne do nadania oporności na TTKI. W związku z tym przeprowadziliśmy walidację in vivo przy użyciu modeli mysich tylko z c-Fos i Dusp1. W celu walidacji genetycznej c-Fos i Dusp1 stworzyliśmy myszy c-Fosfl/fl indukowane przez ROSACreERT (warunkowy nokaut)14 i skrzyżowaliśmy je z Dusp1-/- (prosty nokaut)15, aby stworzyć myszy podwójnie transgeniczne ROSACreERT2-c-Fosfl/flDusp1-/-. Komórki c-Kit + pochodzące ze szpiku kostnego (z c-Fosfl / fl-, Dusp1-/-- i c-Fosfl / flDusp1-/-) wykazujące ekspresję BCR-ABL1 analizowano in vitro w teście jednostki tworzącej kolonię (CFU) oraz in vivo przez przeszczep szpiku kostnego u śmiertelnie napromieniowanych myszy, w celu zbadania zapotrzebowania na c-Fos i Dusp1 samodzielnie lub razem w rozwoju białaczki. Podobnie, chemiczne hamowanie c-Fos przez DFC (difluorowana kurkumina) 16 i Dusp1 przez BCI (benzylideno-3-(cykloheksyloamino)-2,3-dihydro-1H-inden-1-on)17 testowano in vitro i in vivo przy użyciu ekspresji BCR-ABL1, pochodzących ze szpiku kostnego komórek c-Kit+ myszy typu dzikiego (WT). Aby potwierdzić wymóg c-Fos i Dusp1 w białaczkowych komórkach macierzystych, wykorzystaliśmy mysi model CML, w którym BCR-ABL1 był specyficznie indukowany w komórkach macierzystych przez doksycyklinę (transaktywator Tet ulega ekspresji w regulacji wzmacniacza genu 3' mysiej białaczki macierzystej (SCL))18,19. Użyliśmy komórek Lin-Sca + c-Kit + (LSK) szpiku kostnego od tych myszy w teście przeszczepu in vivo. Ponadto ustaliliśmy poziomy phopsho-p38 i ekspresję IL-6 jako biomarkery farmakodynamiczne dla hamowania Dusp1 i c-Fos, odpowiednio, in vivo. Wreszcie, aby rozszerzyć badanie pod kątem znaczenia dla ludzi, komórki CD34 + pochodzące od pacjentów (odpowiednik komórek c-Kit + od myszy) poddano długoterminowym testom komórkowym inicjującym hodowlę in vitro (LTCIC) oraz humanizowanemu mysiemu modelowi in vivo CML20,21. Myszom z niedoborem odporności przeszczepiono komórki CML CD34 +, a następnie leczono farmakologicznie i analizowano przeżywalność ludzkich komórek białaczkowych.
W tym projekcie rozwijamy metody identyfikacji i walidacji celów przy użyciu narzędzi genetycznych i chemicznych, korzystając z różnych modeli przedklinicznych. Metody te mogą być z powodzeniem stosowane do walidacji innych celów, w których opracowywane są modalności chemiczne do rozwoju terapeutycznego.