Μοριακή Παθογένεια των Μυελοδυσπλαστικών Συνδρόμων

Transcript

1 Μοριακή Παθογένεια των Μυελοδυσπλαστικών Συνδρόμων Γ. Βασιλόπουλος MD PhD Αναπληρωτής Καθηγητής Παθολογίας-Αιματολογίας Ιατρική Σχολή, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Και Εργαστήριο Γενετικής & Γονιδιακής Θεραπείας Ίδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών Ακαδημίας Αθηνών

2 ΜυελοΔυσπλαστικαΣυνδρομα Μεγάλη ετερογένεια Κατηγοριοποίηση IPSS με βαση το φαινόμενο και όχι το αίτιο Το τελευταίο black box στην αιματολογία που όλοι θέλουμε να ανοίξουμε

3 Ετερογένεια των ΜΔΣ Πολλές μεταβλητές Παθολογικό ΑΑΚ Μεταβολές στο στρώμα του ΜΟ Αυξημένη απόπτωση Ανοσολογικές διαταραχές Ακόμα είναι ελλιπής η διάκριση ανάμεσα σε αίτια και επιφαινόμενα B T Διαταραχές ωρίμανσης Αυξ. απόπτωση ΑΑΚ ΑΑΚ MSC

4 Μοριακή Παθογένεια των MDS circa 1998 Ενα γονίδιο σε κάθε προσπάθεια : p15 INK4b Μεθυλίωση του p15 INK4b 38% of MDS - 83% of MDS >10% blast - 100% MDS / AML

5 ΕΠΙΓΕΝΕΤΙΚΗ Η κληρονομούμενη αλλαγή στο ρυθμό έκφρασης ενός γονιδίου χωρίς συνοδό αλλαγή της πρωτοταγούς δομής του. Η επιγενετική ρύθμιση είναι βασικό εργαλείο της εξελικτικής βιολογίας; όλη η κυτταρική διαφοροποίηση στηρίζεται σε επιγενετική ρύθμιση Επιγενετικές αλλαγές έρχονται με Μεθυλίωση του DNA Tροποποιήσεις των ιστονών Σημαντικές αλλαγές μεθυλίωσης (υπο και υπερ) του DNA στον καρκίνο. Συνήθως ; υπερ-μεθυλίωση ογκο-κατασταλτικών γονιδίων. μεθυλίωση σε CpG νησίδες υποκινητών γονιδίων.

6 Τι είναι οι CpG νησίδες? o CpG : cytosine+phosphate+guanine (GC is for base pairing) o CpG : bp και περιεχόμενες GC>60% o Βρίσκονται κοντά ή εντός υποκινητών σημαντικών γονιδίων o Η κυτοσίνη στο CpG είναι συχνά μεθυλιωμένη και μία απαμίνωση μπορεί να οδηγήσει σε δημιουργία θυμίνης (hot spot) o Η μεθυλίωση στη CpG συνοδεύεται από μειωμένη μεταγραφική δραστηριότητα cytosine DNMT 5 methyl cytosine deaminase thymine

7 Μεθυλίωση των CpG νησίδων ; DNMTs cytosine 5 methyl cytosine DNMT (DNA methyl transferases) DNMT1 DNMT3A & 3B διατήρηση μεθυλίωσης de novo μεθυλίωση Mεταλλάξεις στις DNMT έχουν περιγραφτεί σε AML & MDS ΟΜΛ ΜΔΣ μεταλλάξεις σε 22%, κακό προγνωστικό μεταλλάξεις σε 8%, κακό (?) προγνωστικό

8 Απο-Μεθυλίωση των CpG νησίδων γίνεται από ΤΕΤ πρωτείνες 2003 : TET1: t(10:11)(q22;q23) in AML 2009 : TET2 mutations in MDS (22% )& MDS/MPN (58%)* 2010 : TET2 επάγει την παραγωγή ΟΗ-μέθυλ-C που αντικαθίστανται απο C Μεταλλάξεις των ΤΕΤ2 δίνουν ΥΠΕΡ και ΥΠΟ-ΜΕΘ εικόνες Σε 355 MDS και CMML, χωρίς προγνωστική αξία** Απάντηση σε ΑΖΑ : 82% vs 45% (mt vs wt)*** *Jankowska et al, BLOOD, 113:6403 (2009) **Smith et al, BLOOD, 116:3923 (2010) ***Itzykson et al, Leukemia, 25;1147 (2011)

9 H δράση των ΤΕΤ εξαρτάται από τις IDH Φυσιολογικό κύτταρο Παθολογικό κύτταρο mut IDH1/2 Παθολογικό κύτταρο mut TET2 Υδροξυ-μεθυλ-C Μεθυλ-C

10 Μεταλλάξεις των IDH σε MDS Συγκεριμένες θέσεις (IDH1: R132) (IDH2:R140, R172) Πάντα σε ετεροζυγωτία 4-12% των περιπτώσεων Δεν είναι ξεκάθαρη η προγνωστική τους σημασία Μοριακή Παθογένεια των ΜΔΣ Μεταβολές στο βαθμό Μεθυλίωσης CpG νησίδων DNMT3A 2p % Κακή? IDH1/2 2q33.3, 15q % Kακή R172 ΤΕΤ2 4q24 20 %?

11 MDS και ο σχηματισμός των Ριβοσωμάτων Ριβοσώματα : 80 διαπλεκόμενες πρωτείνες Παθολογική βιογένεση ριβοσωμάτων σε συγγενείς απλαστικές αναιμίες (DBA, SBDS, X-linked Dysk.Cong.) DBA : mutrps19 5q- : loss RPS14 (and mir145 that balances erythroid/mgk diff.) Ελλείψεις ριβοσωματικών γονιδίων και σε non5q-deleted Τι προξενεί το ριβοσωματικό stress? o Αναιμία ; Ατελής σύνθεση πρωτείνης (Hgb), περίσσεια αίμης και απόπτωση o Σταθερότητα του p53, stop κυττ. κύκλο και αυξημένη απόπτωση

12 Μοριακή Παθογένεια των ΜΔΣ Μεταβολές στο βαθμό Μεθυλίωσης CpG νησίδων DNMT3A 2p % κακή IDH1/2 2q33.3, 15q %? ΤΕΤ2 4q24 20%? Ατελής βιογένεση ριβοσωμάτων RPS14 5q καλή

13 MDS και micro RNA Μη-μεταφραζόμενα μικρά RNA που αναγνωρίζουν και αποδομούν μετάγραφα γονιδίων Κάθε ένα από το γονίδια είναι στοχος περισσότερων του ενός mirna Το πιο επιτυχημένο μοντέλο MDS είχε βλάβη στην ωρίμανση του mirna (Dicer1) στους οστεοβλάστες* Γενική εικόνα: 80 διαφορική έκφραση, μόνο 5 κοινά σε 4 μελέτες (!)** Τα σίγουρα: mir145 και mir146α TIRAP Λείπουν στο 5q- Έχουν ~500 RNA-στόχους; TIRAP & FLI-1 o TIRAP μετάδοση σήματος απο TLR4 και TRAF (TNF RecAssocFac6) o TLR4 και TRAF : Ενεργοποίηση NFκΒ, MAPK1 και 3 : ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΗ Διατ. FLI-1 o Υψηλή FLI-1, ΜΓΚ>>ερυθράς σειράς *Raajimakers et al, Nature (2010) 464, 852 **Rhyasen et al, Leukemia (2012) 26, 13

14 Μοριακή Παθογένεια των ΜΔΣ Μεταβολές στο βαθμό Μεθυλίωσης CpG νησίδων DNMT3A 2p % κακή IDH1/2 2q33.3, 15q %? ΤΕΤ2 4q24 20%? Ατελής βιογένεση ριβοσωμάτων RPS14 5q na καλή mirna mir145, 146α 5q na καλή

15 MDS και ωρίμανση του RNA Splicesome Πολυ-παραγοντικό σύμπλοκο Αναγνωρίζει θέσεις GU-AG στα ιντρόνια και απομακρύνει Εναλλακτική ωρίμανση αφορά το 95% των ευκαρυωτικών γονιδίων Σε MDS : 85% συνολικά μεταλλάξεις σε SRSF2, SF3B1, U2AF1, ZRSR2* Αφορούν πάντα το 3 άκρο Αλληλο-αναιρούμενες (Dom Negative) Aλλαγή αμινοξικής αλυσίδας (καμία null) Μη-φυσιολογική λειτουργία splicesome και προφανώς νέα αλληλόμορφα *Papaemmanuil, NEJM (2011) 365;1384 *Yoshida et al, Nature (2011) 478:64

16 Μοριακή Παθογένεια των ΜΔΣ Μεταβολές στο βαθμό Μεθυλίωσης CpG νησίδων DNMT3A 2p % κακή IDH1/2 2q33.3, 15q %? ΤΕΤ2 4q24 20%? Ατελής βιογένεση ριβοσωμάτων RPS14 5q na καλή mirna mir145,146α 5q na Ωρίμανση mrna (splicesome) SF3B1 2q % RS καλή SRSF2 17q % κακή U2AF1 21q % ουδέτερο ZRSP2 Xp % ουδέτερο

17 MDS και τροποποιήσεις των Ιστονών Το Νουκλεόσωμα και οι Ιστόνες 145 bp ανά περιστροφή 80 bp συνδετικό DNA που σταθεροποιείται από την Η1 Οι πυρηνικές ιστόνες έχουν δράση στην μεταγραφική δραστηριότητα του DNA. (H2A, H2B, H3, H4) x 2 ΠΩΣ? Αλλάζουν την προσπελασιμότητα του DNA στους μεταγραφικούς παράγοντες χαλαρώνοντας τη σύνδεση τους με το DNA

18 Ιστόνες και MDS Histone Modifications Methylation Acetylation Ubiquitination EZH2 (PRC2) H3K27 HMTase Tri-Methylase Chrom 7 Καταστολή μεταγραφής Έναρξη διαφοροπ. 6-12% MDS 0/398 in AML! Ub K119 ASXL1 (PRC1) H2AK119 Ubase Καταστολή μεταγραφής 14-21% MDS

19 Μοριακή Παθογένεια των ΜΔΣ Μεταβολές στο βαθμό Μεθυλίωσης CpG νησίδων DNMT3A 2p % κακή IDH1/2 2q33.3, 15q %? ΤΕΤ2 4q24 20%? Ατελής βιογένεση ριβοσωμάτων RPS14 5q na καλή mirna mir145,146α 5q na Ωρίμανση mrna (splicesome) SF3B1 2q % RS καλή SRSF2 17q % κακή U2AF1 21q % ουδέτερο ZRSP2 Xp % ουδέτερο Μεταβολές Ιστονών ΕΖΗ2 7q % κακή ASXL1 20q11.2 5% κακή

20 MDS ως γενετικό νόσημα : Μονογονεϊκή Δισωμία (UPD) 10-15% των ασθενών UPD και σε ΜΟ και σε T-κύτταρα UPD aera Gene Disease Reference UPD9q Jak2 MPD Kralovics et al 2002 UPD13q FTL-ITD AML Raghavan et al 2005 UPD17q NF-1 JMML Flotho et al, 2008 UPD21q AML-1/Runx1 AML Raghavan et al, 2005 UPD19q CEBPA AML Raghavan et al, 2005 Fitzgibbon et al, 2005 UPD4q c-kit AML Unpublished results UPD4q24 Tet2 MPD, MDS Delhommeau et al, 2009 UPD11q c-cbl CMML, MDS/MPD Dunbar et al, 200 Grand et al, 2009 Sanada et al, 2009 UPD1p c-mpl MDS/MPD, MPD Unpublished results UPD11p WT1 AML Raghavan et al Adapted from Maciejewski JP and Mufti GJ, 2008 Courtesy Dr Mufti

21 MDS και μεταλλάξεις σε Ογκογονίδια, Ογκοκατασταλτικά Γονίδια και Κινάσες Τυροσίνης 1-15% των ασθενών RUNX1, TP53, NRAS, KRAS, ETV6, EVI1 Κακή πρόγνωση (MDS to AML) Μεταλλάξεις Κινάσες Τυροσίνης ; ΣΠΑΝΙΕΣ πλην JAK2 JAK2 ; 50% RARS-T Συνύπαρξη : DNMT3A & SF3B1 Αλληλοαναίρεση : όλες του splicing & TET2/IDH

22 Μοριακή Παθογένεια των ΜΔΣ Μεταβολές στο βαθμό Μεθυλίωσης CpG νησίδων DNMT3A 2p % κακή IDH1/2 2q33.3, 15q %? ΤΕΤ2 4q24 20%? Ατελής βιογένεση ριβοσωμάτων RPS14 5q na καλή mirna mir145,146α 5q na Ωρίμανση mrna (splicesome) SF3B1 2q % RS καλή SRSF2 17q % κακή U2AF1 21q % ουδέτερο ZRSP2 Xp % ουδέτερο Μεταβολές Ιστονών ΕΖΗ2 7q % κακή ASXL1 20q11.2 5% κακή Μονογονεική Δισωμία (Jak2, tet2, runx1) Μεταλλάξεις ογκογονιδίων και ΤΚ (TP53, N/K RAS, ETV6, EVI1, Jak2)

23 Tutte le strade portano a EPIGENETICS Issa J J Blood 2013;121: Ποιός ο Οδηγός και ποιός ο Επιβάτης? 2013 by American Society of Hematology

24 738 pts, 111 genes Splicesome > Methylation > Oncogenes > 78% τουλαχιστον μια βλάβη 70% είχε σπάνιες βλάβες (<5%) 24% SF3B1 22% TET2 14% SRSF2 11% ASXL1

25 Δεν μιλήσαμε για : Μοριακή Παθογένεια των ΜΔΣ ΑΠΟΠΤΩΣΗ ; μάλλον επιφαινόμενο ΑΝΟΣΟΛΟΓΙΚΕΣ διαταραχές ; μάλλον επιφαινόμενο (πλην TLR) ΑΙΜΟΠΟΙΗΤΙΚΟ μικροπεριβάλλον ; παθολογικό στα MDS αλλά ακόμα υπό διερεύνηση Σε όσα αναπτύξαμε : Σχετικά πληθωρική γενετική πληροφόρηση Σύντομο χρονικό διάστημα (μετά το 2009) Πρόβλημα παραμένει ο σχηματισμός ενός θεματικού μοντέλου ποσοτικές διαφοροποιήσεις έκφρασης χρονολογική αποτύπωση ανάγκη συσχέτισης με κλινικούς φαινοτύπους

26 Κλινική Μετάφραση? 5q- lenalidomide : το μόνο σίγουρο Βιολογικό δείκτη για τα non5q που να προδικάζουν θεραπευτικό αποτέλεσμα TET2 μεταλλάξεις και ανταπόκριση σε θεραπεία AZA (82 vs 45%) Θέματα που ερευνούμε στο εγαστήριο MDS-MSC : μικροπεριβάλλον (TPO, wnt, Notch, CaR, PTH) EZH2 in hematopoiesis MDS-derived ips : study Methylation erasing

27