Activin A enhances extracellular vesicle-mediated communication between leukemic cells and the surrounding microenvironment in B-cell acute lymphoblastic leukemia

In hematologic malignancies like AML and CLL, extracellular vesicles (EVs) are crucial for mediating interactions within the bone marrow (BM) niche, facilitating communication between leukemia cells and altering the microenvironment to support leukemic growth. Mesenchymal stromal cells (MSCs) contribute to this environment by releasing soluble factors and EVs. While the BM microenvironment is recognized as a key factor in B-ALL survival and therapy resistance, the role of EVs in this process has not been extensively studied. This work explores the role of Activin A, a cytokine secreted by MSCs in response to interactions with B-ALL cells, in creating a pro-leukemic BM niche through its influence on vesiculation in both B-ALL cells and MSCs. Our research reveals that Activin A, which is elevated in the BM of pediatric B-ALL patients, enhances B-ALL cell migration and invasion in vitro and in vivo by promoting calcium influx and actin polymerization, both key processes in EV formation. We demonstrated that Activin A significantly increases EV release from B-ALL cell lines (e.g., 697, Nalm6), and these EVs—enriched in miRNAs such as miR-491-5p—are internalized by neighboring leukemic cells, effectively transferring molecular information. Importantly, EVs from Activin A-stimulated cells (EV-ActA) confer a survival advantage to leukemia cells under metabolic stress, suggesting that miR-491-5p may contribute to asparaginase resistance in B-ALL. Future studies will assess the prognostic potential of miR-491-5p by evaluating its presence in EVs isolated from blood samples of pediatric B-ALL patients. Additionally, Activin A influences MSC vesiculation, further promoting pro-leukemic interactions in the BM niche. Activin A-stimulated MSCs release EVs with altered mRNA cargo, particularly genes related to cell adhesion, survival, and ion channel activity. Gene set enrichment analysis (GSEA) indicates that these EVs downregulate cell cycle and metabolic pathways in recipient B-ALL cells, aligning with the induction of cellular quiescence. Moreover, Activin A-stimulated MSC-EVs may transfer mitochondria to B-ALL cells, enhancing mitochondrial reserve and metabolic resilience under stress conditions—a mechanism observed in other cancers. Ongoing studies, including metabolic profiling and proteomic analysis, will further characterize these EV-mediated changes and their effects on B-ALL cells. In vivo studies are planned to assess the impact of Activin A-stimulated MSC-derived EVs on leukemia progression in xenograft models. Overall, our findings suggest a positive feedback loop in which B-ALL cells stimulate MSCs to secrete Activin A, which then directly promotes leukemic cell migration, survival, and EV-mediated communication. Targeting Activin A, in combination with chemotherapy, is currently under investigation as a potential therapeutic approach to disrupt this pro-leukemic BM niche in animal models.

In alcune patologie ematologiche, come la leucemia mieloide acuta o linfoblastica cronica, le vescicole extracellulari (EVs) sono fondamentali per mediare le interazioni all'interno della nicchia del midollo osseo (BM), facilitando la comunicazione tra i blasti e modificando il microambiente per supportare la crescita delle cellule leucemiche. Le cellule stromali mesenchimali (MSCs) contribuiscono alla creazione di questo microambiente “corrotto” rilasciando fattori solubili ed EVs. Sebbene la nicchia midollare risulti essere fondamentale nel mediare la sopravvivenza della LLA-B e la resistenza alla terapia, il ruolo delle EVs in questo processo non è stato ampiamente compreso. Questo lavoro esplora il ruolo dell'Attivina A, una citochina secreta dalle MSCs in risposta all’interazione con le cellule di LLA-B, nella creazione di una nicchia BM pro-leucemica tramite la sua influenza sulla vescicolazione nelle cellule di LLA-B e nelle MSCs. La nostra ricerca ha rivelato che Attivina A, elevata nel BM dei pazienti pediatrici con LLA-B, potenzia la migrazione e l'invasione delle cellule di LLA-B sia in vitro che in vivo, promuovendo i flussi di calcio e la polimerizzazione dell'actina, entrambi processi chiave nella formazione di EVs. Abbiamo dimostrato che l’Attivina A aumenta significativamente il rilascio di EVs dalle linee cellulari di LLA-B (es. 697, Nalm6), e che queste EVs—arricchite in miRNA come miR-491-5p—vengono internalizzate dalle cellule leucemiche vicine, trasferendo efficacemente informazioni molecolari. Le EVs estratte da cellule stimolate con Attivina A (EV-ActA) conferiscono un vantaggio di sopravvivenza alle cellule leucemiche sotto stress metabolico, suggerendo che il miR-491-5p possa contribuire alla resistenza all’asparaginasi nella LLA-B. Studi futuri valuteranno il potenziale prognostico del miR-491-5p analizzandone la presenza nelle EVs isolate da campioni di sangue di pazienti pediatrici con LLA-B. Inoltre, l’Attivina A influenza la vescicolazione delle MSCs, promuovendo ulteriormente le interazioni pro-leucemiche nella nicchia del BM. Le MSCs stimolate con Attivina A rilasciano EVs con un carico di mRNA alterato, in particolare geni correlati all’adesione cellulare, alla sopravvivenza e all’attività dei canali ionici. L'analisi di arricchimento dei set di geni (GSEA) indica che queste EVs riducono le vie del ciclo cellulare e metaboliche nelle cellule di LLA-B riceventi, favorendo l'induzione della quiescenza cellulare. Inoltre, le MSC-EVs stimolate con Attivina A possono trasferire mitocondri alle cellule di LLA-B, migliorandone la riserva mitocondriale e la resilienza metabolica in condizioni di stress, un meccanismo già osservato in altri tumori. Studi in corso, tra cui la profilazione metabolica e l'analisi proteomica, caratterizzeranno ulteriormente queste modifiche mediate da EVs e i loro effetti sulle cellule di LLA-B. Sono previsti studi in vivo per valutare l’impatto delle EVs derivate da MSCs stimolate con Attivina A sulla progressione della leucemia in modelli di xenotrapianto. Complessivamente, i nostri risultati suggeriscono un ciclo di retroazione positivo in cui le cellule di LLA-B stimolano le MSCs a secernere Attivina A, che poi promuove direttamente la migrazione, la sopravvivenza e la comunicazione mediata da EVs delle cellule leucemiche. Attualmente, è in fase di studio la possibilità di inibire l’Attivina A in combinazione con la chemioterapia come approccio terapeutico per contrastare la nicchia pro-leucemica nel BM in modelli animali.