SERCA Modulation reverses glucocorticoid resistance in NOTCH1-mutated T-Cell Acute Lymphoblastic Leukemia

T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is a highly aggressive hematologic malignancy that accounts for 15-20% of all ALL cases and is associated with a higher risk of induction failure and early relapse. Gain-of-function NOTCH1 mutations, present in 60% of T-ALL cases, are the most common genetic abnormalities. We previously identified the Sarco-Endoplasmic Ca2+-ATPase (SERCA) as a key regulator of oncogenic NOTCH1. SERCA plays a critical role in Ca2+ homeostasis particularly in myocytes; thus, its inhibition disrupts cytoplasmic calcium homeostasis and indirectly blocks the trafficking of NOTCH1 from the endoplasmic reticulum to the membrane, ultimately suppressing its transcriptional activity. The principal SERCA inhibitor (SI), thapsigargin (TG), exhibits anti-NOTCH1 and anti-leukemia activity in vitro and in vivo, preferentially in NOTCH1-mutated T-ALL. However, the translational potential of TG is limited due to its off-target effects on calcium homeostasis. To address this limitation, a novel isoform-specific SI, CAD204520, has been developed to target NOTCH1-mutated T-ALL while minimizing off-target cardiac effects. To anticipate potential mechanisms of SI resistance, we conducted a chemo-transcriptomic screening on two NOTCH1-mutated T-ALL cell lines: one resistant and one sensitive to TG. The analysis revealed distinct transcriptomic profiles and sensitivity patterns. Furthermore, by integrating transcriptomic data with screening data from a library comprising more than 2,400 small molecules (EU-OPENSCREEN), we observed upregulation of steroid metabolism and reversal of glucocorticoid resistance in the resistant cell line. Additionally, the combination of CAD204520 and glucocorticoids demonstrated a synergistic effect in the TG-resistant cell line. Our findings highlight a novel role for SERCA in regulating cellular metabolism in T-ALL patients. Beyond facilitating the transport of NOTCH1 to the cell surface, SERCA influences cholesterol synthesis, increasing tumor cell sensitivity to GC. Combining SIs and steroids may offer a new, more targeted therapeutic strategy, potentially reducing toxicity compared to conventional therapies.

La leucemia linfoblastica acuta a cellule T (T-ALL) è una neoplasia ematologica altamente aggressiva che rappresenta il 15-20% di tutti i casi di leucemia linfoblastica acuta (ALL) ed è associata a un rischio maggiore di recidiva precoce. Le mutazioni attivanti di NOTCH1, presenti nel 60% dei casi di T-ALL, sono le anomalie genetiche più comuni. In precedenza, abbiamo identificato la Sarco-Endoplasmic Ca²⁺-ATPasi (SERCA) come un regolatore chiave di NOTCH1 oncogenico. SERCA svolge un ruolo critico nell’omeostasi del calcio, in particolare nei miociti, e la sua inibizione altera l'omeostasi del calcio citoplasmatico bloccando indirettamente il traffico di NOTCH1 dal reticolo endoplasmico alla membrana, sopprimendone infine l’attività trascrizionale. Il principale inibitore di SERCA (SI), la thapsigargina (TG), mostra attività anti-NOTCH1 e anti-leucemica in vitro e in vivo, con maggiore efficacia nella T-ALL con mutazione di NOTCH1. Tuttavia, il potenziale terapeutico di TG è limitato a causa dei suoi effetti off-target sull'omeostasi del calcio. Per affrontare questa limitazione, è stato sviluppato un nuovo inibitore isoforma-specifico di SERCA, CAD204520, progettato per colpire selettivamente la T-ALL con mutazione di NOTCH1 riducendo al minimo gli effetti off-target a livello cardiaco. Per anticipare i potenziali meccanismi di resistenza agli SI, abbiamo condotto uno screening chemo-trascrittomico su due linee cellulari di T-ALL con mutazione di NOTCH1: una resistente e una sensibile a TG. L'analisi ha rivelato profili trascrittomici distinti e pattern di sensibilità differenti. Inoltre, integrando i dati trascrittomici con i dati dello screening provenienti da una libreria di oltre 2.400 piccole molecole (EU-OPENSCREEN), abbiamo osservato un’upregolazione del metabolismo degli steroidi e la reversibilità della resistenza ai glucocorticoidi nella linea cellulare resistente. Inoltre, la combinazione di CAD204520 e glucocorticoidi ha dimostrato un effetto sinergico nella linea cellulare resistente a TG. I nostri risultati evidenziano un nuovo ruolo di SERCA nella regolazione del metabolismo cellulare nei pazienti con T-ALL. Oltre a facilitare il trasporto di NOTCH1 verso la superficie cellulare, SERCA influenza la sintesi del colesterolo, aumentando la sensibilità delle cellule tumorali ai GC. La combinazione di SI e steroidi potrebbe offrire una nuova strategia terapeutica più mirata, con una potenziale riduzione della tossicità rispetto alle terapie convenzionali.