Острый миелоидный лейкоз (ОМЛ) – это агрессивное гематологическое злокачественное новообразование, характеризующееся накоплением незрелых миелоидных клеток-предшественников в костном мозге и периферической крови. Это нарушает нормальный кроветворение, что приводит к опасной для жизни цитопении и системным осложнениям. Несмотря на то, что достижения в области химиотерапевтических схем, таргетной терапии и трансплантации гемопоэтических стволовых клеток улучшили исходы для некоторых пациентов, в целом 5-летняя выживаемость остается на уровне около 30%, с худшим прогнозом у пожилых пациентов или пациентов с неблагоприятными генетическимипрофилями. Существенной проблемой в лечении ОМЛ является частое появление лекарственной устойчивости, которая способствует рецидиву и неэффективности лечения2. Это подчеркивает важность более глубокого понимания молекулярных и клеточных механизмов, определяющих прогрессирование и терапевтическую резистентность ОМЛ.
Для решения этой проблемы представлен новый метод аспирации костного мозга в сочетании с мультиплексной внутриклеточной фосфофлоу-цитометрией, предлагающий мощный инструмент для исследования внутриклеточных сигнальных путей в моделях ксенотрансплантата (PDX), полученных от пациента при ОМЛ (Рисунок 1A, B). Хотя аспирация костного мозга в моделях PDXбыла описана ранее3, этот протокол был оптимизирован для сохранения лейкозных клеток для анализа фосфолоу. Общая цель этого метода заключается в том, чтобы обеспечить минимально инвазивную процедуру, которая будет применима в продольном отношении во время прогрессирования лейкемии и терапевтического ответа с разрешением одной клетки. Позволяя повторно брать пробы у одного и того же животного, этот метод обеспечивает более точное представление эволюции болезни при лечении. Обоснование разработки этого метода заключается в необходимости динамической оценки внутриклеточной сигнализации в клетках ОМЛ с высоким разрешением. Традиционные методы, такие как вестерн-блоттинг, требуют большого количества клеток, не имеют разрешения для одной клетки и мультиплексирования4. Напротив, фосфофлоуточная цитометрия сохраняет клеточную гетерогенность и позволяет обнаруживать множественные фосфорилированные сигнальные белки в различных лейкозныхсубпопуляциях5, предлагая ключевые сведения об активации путей в ответ на лечение ОМЛ.
Центральное место в биологии ОМЛ занимают сигнальные пути, которые регулируют клеточную пролиферацию, выживание и метаболическую адаптацию, включая митоген-активируемую протеинкиназу (MAPK), механистическую мишень рапамицинового комплекса 1 (mTORC1) и сигнальные пути Janus Kinase/Signal Transducer and Activator of Transcription 5 (JAK/STAT5). Помимо их роли в пролиферации и выживании лейкозных клеток, эти пути также играют важную роль в ключевых онкогенных процессах, таких как поддержание стволовых клеток, уклонение от иммунитета и адаптация к окислительному и метаболическомустрессу. В дополнение к содействию росту и выживанию клеток, перекрестные взаимодействия между этими путями координируют важнейшие процессы, такие как транскрипция, трансляция и клеточный метаболизм, позволяя клеткам ОМЛ поддерживать свой рост и сопротивляться апоптотическим сигналам, даже в условиях терапевтических вмешательств 6,7 (рис. 1A).
Путь MAPK, который включает в себя ключевые эффекторы, такие как p-ERK1/2 (киназа, регулируемая внеклеточными сигналами 1/2), играет решающую роль в интеграции внеклеточных сигналов, таких как факторы роста и цитокины, для регуляции пролиферации и выживания клеток. Активация ERK1/2 происходит через каскад RAS (Rat Sarcoma)-RAF (Rapid Accelerated Fibrosarcoma)-MEK (MAPK/ERK Kinase)-ERK, где RAS-GTP рекрутирует RAF, что приводит к последовательному фосфорилированию MEK1/2, а затем ERK1/2 в Thr202/Tyr204. После фосфорилирования ERK1/2 димеризуется и перемещается в ядро, где фосфорилирует факторы транскрипции, такие как MYC (гомолог вирусного онкогена миелоцитоматоза), ELK1 (белок ETS Like-1) и AP-1 (белок-активатор-1), способствуя пролиферации клеток, блоку дифференцировки и выживанию. При ОМЛ мутации в FLT3 (fms-подобная тирозинкиназа 3), RAS или KIT часто приводят к конститутивной активации ERK 9,10 (рис. 1A).
Мутации в FLT3, RAS или KIT также вызывают повышение регуляции передачи сигналов mTORC1, что способствует росту ОМЛ и терапевтической резистентности, поддерживая онкогенные процессы, такие как метаболическая перестройка, модуляция синтеза белка, биогенез рибосом и аутофагия11. Регулируя трансляцию мРНК, mTORC1 способствует выработке онкогенных белков и других важных факторов для прогрессирования ОМЛ. Ключевая группа субстратов mTORC1 включает 4E-BPs (эукариотический фактор инициации 4E-связывающие белки). В своем гипофосфорилированном состоянии 4E-BPs связываются с eIF4E (эукариотический фактор инициации 4E), ингибируя cap-зависимую трансляцию. Фосфорилирование 4E-BP1 в Thr37/46 с помощью mTORC1 вызывает высвобождение eIF4E, что позволяет инициировать трансляцию ключевых онкогенных мРНК, таких как MYC, CCND1 (циклин D1) и MCL-1 (миелоидноклеточный лейкоз 1), тем самым способствуя пролиферации и выживаемости лейкемии 8,12. Кроме того, фосфорилирование RPS6 в Ser240/244, опосредованное S6K1 (бета-1-киназой рибосомального белка S6) после mTORC1, усиливает биогенез рибосом и трансляцию мРНК, увеличивая синтез белков, необходимых для метаболической адаптации, стрессоустойчивости ибыстрой пролиферации8,13. Примечательно, что активность mTORC1 тесно связана с метаболической адаптацией, что является важнейшей стратегией выживания, используемой клетками ОМЛ в условиях терапевтического стресса 13,14,15 (рис. 1A).
Путь JAK/STAT5 является еще одной важной сигнальной осью при ОМЛ, особенно в случаях с мутациями, влияющими на рецепторы цитокинов или сигнальные медиаторы, такие как JAK2, FLT3 и CALR (кальретикулин)16,17. STAT5 активируется в ответ на передачу сигналов цитокинов через рецепторы, такие как FLT3 и JAK2. После связывания лиганда ассоциированные янус-киназы (JAKs) фосфорилируют STAT5 в Tyr694. Фосфорилированный STAT5 димеризуется и перемещается в ядро, где связывается со специфическими последовательностями ДНК для регуляции транскрипции генов, участвующих в выживании, пролиферациии дифференцировке клеток. При ОМЛ конститутивная активация STAT5, часто обусловленная мутациями в FLT3 или JAK2, приводит к стойкой экспрессии генов, способствующих лейкемогенезу18 (рис. 1A).
Помимо их индивидуального вклада, эти пути сходятся, чтобы регулировать как транскрипцию, так и трансляцию, формируя протеом клеток ОМЛ таким образом, чтобы способствовать выживанию и резистентности. В частности, трансляция мРНК становится ключевым фактором в патофизиологии ОМЛ, поскольку она обеспечивает быстрое производство онкогенных белков и факторов реагирования на стресс, которые позволяют клеткам ОМЛ адаптироваться к вызовам окружающей среды и избегать эффектов таргетной терапии. Нарушение регуляции трансляционных механизмов, таких как эукариотические факторы инициации (эИФ) или рибосомные белки, было связано с терапевтической резистентностью и плохим прогнозом при ОМЛ19. Подробное исследование роли путей MAPK, mTORC1 и JAK/STAT5 в транскрипционной и трансляционной регуляции имеет важное значение для получения всестороннего понимания молекулярных механизмов, лежащих в основе прогрессирования и резистентности к ОМЛ. Такие выводы имеют решающее значение для выявления новых биомаркеров ответа на лечение и разработки новых терапевтических стратегий, нацеленных на эти пути преодоления резистентности. В данной статье представлен протокол, специально разработанный для исследования этих сигнальных сетей в моделях ксенотрансплантатов (PDX), полученных от пациента при ОМЛ.
Одним из ключевых преимуществ этого протокола является интеграция аспирации костного мозга с внутриклеточной фосфофлоу-цитометрией, что позволяет проводить динамическую и минимально инвазивную оценку активации сигнального пути в моделях ксенотрансплантата (PDX), полученных от пациента, при ОМЛ. Это особенно ценно для мониторинга статуса активации ключевых путей, таких как MAPK, mTORC1 и JAK/STAT5, в ответ на таргетную терапию. Комбинация этих методов позволяет получить всестороннее понимание биологии ОМЛ с высоким разрешением, что в конечном итоге способствует разработке более эффективных терапевтических стратегий.