Identification of new subgroups and prognostic markers in pediatric B cell precursor acute lymphoblastic leukemia by gene expression profiling

La cura della leucemia linfoblastica acuta (ALL) sta migliorando con successo, raggiungendo un tasso di guarigione che va oltre l’80%. L’identificazione precoce dei pazienti con alto rischio di ricaduta ha portato ad un miglioramento generale dell’outcome, tuttavia, due terzi dei pazienti che incorrono nell’evento di ricaduta vengono inizialmente stratificati in gruppi a basso rischio o rischio intermedio. L’identificazione di migliori fattori prognostici rimane un’importante sfida nelle ALL pediatriche. In questa tesi, lo studio del profilo di espressione genica è stato applicato a diversi approcci di ricerca, con lo scopo di individuare sottogruppi e trovare nuovi target terapeutici nelle ALL a cellule precursori B (BCP ALL) Tra le BCP ALL, i pazienti privi delle aberrazioni genomiche più riccorrenti (B-others) rappresentano il sottogruppo che più necessita di studi approfonditi, tesi ad identificare nuovi fattori prognostici e migliorare la loro stratificazione nelle classi di rischio. Per aumentare le conoscenze biologiche riferite al gruppo dei B-others, è stato eseguito uno studio integrato di espressione genica, espressione di non coding RNAs e analisi delle aberrazioni genetiche. Il Capitolo 1 riporta lo studio mediante microarrays di espressione genica di 145 pazienti Italiani affetti da BCP ALL e, in una sotto-coorte rappresentativa, lo studio dell’espressione dei microRNAs (miRNAs) e l’analisi di variazione di DNA copy number estesa all’intero genoma. Da questo studio è emerso che il 25% dei pazienti Italiani di tipo B-others rientrano in un gruppo con una signature specifica e sono associati ad un outcome favorevole. Lo studio del profilo di espressione dei miRNAs rivela in questo gruppo una specifica signature di miRNAs caratterizzata dalla sovra espressione di hsa-miR-125b, -125b-2*, -99a, -100, -125a-3p e has-miR-491-5p. La sovra espressione del cluster miR-125b-2 nella regione 21q21.1 è accompagnata dalla concomitante sovra espressione dei geni nella stessa regione cromosomica. Le analisi sul genoma hanno portato ad escludere la presenza di alterazioni di DNA copy number nella regione 21q21.1. Il frequente coinvolgimento di aberrazioni a carico del cromosoma 21 nelle ALL (come nel caso di iperdiploidia (HD), t(12;21) o iAmp21) e il coinvolgimento della regione 21q21.1, suggeriscono un diretto e funzionale contributo dei geni nel cromosoma 21 alla trasformazione maligna delle cellule ematopoietiche. A questo proposito c’è un grande interesse nello studio delle ALL nei bambini affetti dalla Sindrome di Down (DS), nei quali la trisomia 21 è costituzionale e per i quali l’incidenza di ALL è approssimativamente 20 volte maggiore che nel resto della popolazione. Nel Capitolo 2 viene presentato uno studio di analisi genomica di un grande gruppo di DS ALL che mira a caratterizzare le anomalie molecolari specifiche di questo gruppo di ALL. L’analisi di espressione genica ha rivelato che le DS ALL sono leucemie molto eterogenee, non definibili come un unico sottotipo di ALL, con un arricchimento di geni rispondenti al signalling di BCL6 e di risposta al danno al DNA, che suggerisce un’instabilità genomica dei linfociti B. Sorprendentemente, solamente un gene appartenente al cromosoma 21, SON, è compreso nella signature delle DS ALL e risulta solo debolmente up-regolato. Inoltre, i dati di espressione genica suggeriscono che le DS ALL e le HD ALL sono leucemie molto diverse, riflettendo le differenze fondamentali tra trisomia costituzionale e acquisita, quali lo stadio di sviluppo nel quale la leucemia insorge e il fatto che la trisomia costituzionale è presente sia nelle cellule leucemiche che nel microambiente. Lo studio ha inoltre rilevato che il 62% delle DS ALL sono caratterizzate da un’aberrante espressione del recettore per le citochine di tipo I CRLF2. Due tipi di aberrazioni che coinvolgono CRLF2 sono state identificate: una traslocazione criptica che coinvolge il locus IGH@ e CRLF2 nella regione pseudoautosomale PAR1 dei cromosomi sessuali e una delezione in PAR1. Queste aberrazioni danno luogo alla formazione del trascritto di fusione P2RY8-CRLF2 che determina la sovra espressione di CRLF2. Inoltre una nuova mutazione somatica attivante, F232C, in CRLF2 è stata identificata. E’ stato dimostrato che CRLF2 e JAK2 mutato cooperano nel conferire capacità di crescita indipendente da citochine a cellule pro-B suggerendo che i bambini affetti da DS e ALL con un’espressione aberrante di CRLF2 possono trarre beneficio da terapie mirate a bloccare il pathway di CRLF2-JAK. Dal momento che le aberrazioni a carico di CRLF2 sono state trovate anche tra i pazienti non affetti dalla Sindrome di Down, è stata analizzata l’incidenza e l’impatto prognostico di questo potenziale nuovo marcatore nei pazienti Italiani con BCP ALL arruolati nello studio AIEOP-BFM ALL2000. Il Capitolo 3 presenta lo studio di una coorte rappresentativa di 464 pazienti con BCP ALL non affetti da DS che è stata analizzata per l’espressione di CRLF2 e per la presenza di riarrangiamenti a carico di CRLF2. Da questo studio è emerso che il riarrangiamento P2RY8-CRLF2 in associazione con la sovra espressione di CRLF2 (di almeno 20 volte maggiore che nel resto della coorte), identifica pazienti con una prognosi molto sfavorevole e, tra essi, un inportante sottogruppo di pazienti attualmente stratificati nella classe di rischio intermedia e che necessitano di essere considerati per un adeguamento della terapia. Per investigare i pathways emersi dalle analisi di espressione genica e per testare l’effetto dei farmaci è necessaria una grande disponibilità di cellule leucemiche. Le cellule da leucemia primaria sono difficili da coltivare in vitro e le linee cellulari attualmente disponibili non riescono a riflettere la natura eterogenea della malattia. Per questo motivo i modelli di xenotrapianto in topo sono ampiamente usati sia per lo studio in vivo che per amplificare il numero di cellule leucemiche da usare nelle varie analisi. Nello studio riportato nel Capitolo 4 è stata verificata la capacità delle cellule leucemiche ottenute da xenotrapianto di ricapitolare la loro rispettiva leucemia primaria ed è stata valutata la possibilità di una selezione da parte del microambiente murino per particolari cellule “inizianti” la leucemia che portino ad una massa tumorale marcatamente diversa da quella dei pazienti alla diagnosi. E’stato analizzato il profilo di espressione genica di 7 ALL primarie pediatriche alla diagnosi e le rispettive cellule leucemiche ottenute da xenotrapianto dopo un primo, un secondo ed un terzo passaggio seriale nel modello di trapianto di leucemia umana in topo NOD/SCID/huALL. In questo studio è stato dimostrato che il modello di trapianto NOD/SCID/huALL ricapitola la leucemia primaria umana, mima le caratteristiche del tumore primario e ne trattiene le caratteristiche durante i passaggi seriali senza selezionare per un sottoclone della leucemia primaria iniziale. Il Capitolo 5 riporta uno studio che ha investigato le proprietà di attecchimento di 50 ALL pediatriche trapiantate in topi NOD/SCID. Il tempo di attecchimento (Time To Leukemia – TTL) è stato determinato per ogni campione attecchito in termini di settimane trascorse dal trapianto alla manifestazione della leucemia. Lo studio ha mostrato che un breve TTL è fortemente associato con un alto rischio di ricaduta precoce, costituendo di fatto un nuovo marcatore prognostico indipendente. Il fenotipo di alto rischio è riflesso in una signature in grado di identificare pazienti incorsi precocemente nell’evento di ricaduta in una coorte di pazienti indipendente. Lo studio di espressione genica rivela una serie di geni associati con questo fenotipo aggressivo, mettendo a diposizione una potenziale strategia per identificare i pazienti ad alto rischio. In modo ancora più importante, pathways che regolano la crescita cellulare e che coinvolgono mTOR sono stati identificati, indicando dei target per strategie terapeutiche alternative per i pazienti ad alto rischio di riaduta. Concludendo, dieci anni dopo la sua introduzione in oncoematologia, lo studio del profilo di espressione genica si conferma essere un valido strumento di ricerca, efficace nella scoperta di nuovi sottotipi, nell’individuazione di biomarcatori e nel portare alla luce pathways molecolari deregolati.