Laboratórna skupina Ushmorov - Ulmská univerzita
| Telefón + 49-731-500- | ||
| DR. Alexej Ushmorov | 33 847 | [email protected] |
| Telefón + 49-731-500- | ||
| Franz Kacír | 33 831 | [email protected] |
| DR. Franziska Gehringer | 33 831 | [email protected] |
| Anita Kick | 23 264 | [email protected] |
Od roku 2010 skúmame úlohu transkripčných faktorov FOXO v patogenéze neoplaziem B-buniek. FOXO patria do rodiny transkripčných faktorov FOX O, ktoré všetky majú vysoko konzervatívnu doménu viažucu „forkhead“ DNA, ale líšia sa štruktúrou transaktivačných domén, čo vysvetľuje ich čiastočne neredundantné funkcie. Bunkové funkcie FOXO zahŕňajú reguláciu bunkovej smrti, bunkovú proliferáciu, ochranu pred reaktívnymi formami kyslíka, reakciu na poškodenie DNA a bunkový metabolizmus (vrátane lipogenézy a glukoneogenézy). Aj keď členovia rodiny FOXO sú exprimovaní vo všetkých tkanivách, je zjavný kvantitatívny rozdiel v ich distribúcii v tkanivách. Najmä FOX01 je silne exprimovaný v B bunkách. FOXO1 je nevyhnutný pre prežitie a diferenciáciu B buniek v počiatočných štádiách vývoja B buniek, ako aj pre reakciu germinálneho centra, ktorá je zodpovedná za afinitné dozrievanie receptora B buniek.
Represia FOXO1 prispieva k blokovaniu diferenciácie plazmatických buniek v klasickom Hodgkinovom lymfóme (cHL)
V roku 2012 (Xie L. a kol., Blood, 2012) sme sa zamerali na nízku expresiu FOXO1 v cHL v porovnaní s normálnymi B-bunkami a nehodgkinskými B-bunkovými lymfómami (NHL). cHL je B-bunkový lymfóm, ktorý vo veľkej miere stratil program B-buniek. Ukázali sme, že nadmerná expresia FOX01 v bunkových líniách cHL indukuje apoptózu, a dospeli sme k záveru, že FOX01 je supresor nádoru v cHL. Nakoniec sme skúmali molekulárne účinky nadmernej expresie FOX01 v cHL pomocou profilov génovej expresie. Identifikovali sme hlavný regulátor diferenciácie plazmatických buniek, PRDM1, ako transkripčný cieľ FOXO1, ktorý sprostredkováva jeho supresorovú funkciu. Ďalej sme boli schopní preukázať, že nádorový supresívny účinok PRDM1 závisí od down-regulácie protoonkogénu MYC (obr. 1). Tiež sme predpokladali, že nízka expresia FOXO1 je zodpovedná za charakteristický fenotyp „abortívnej diferenciácie plazmatických buniek“ Hodgkinových a Reed-Sternbergových buniek, malígnej zložky cHL.
Jemná regulácia FOXO3A v cHL ako mechanizme prežitia a indikátor zlyhania diferenciácie plazmatických buniek
Pri ďalšom skúmaní úlohy FOX01 v lymfómoch B-buniek sme sa zamerali na recipročný charakter expresie mRNA FOXO1 a FOXO3A v procese diferenciácie B-buniek z germinálnych centrálnych buniek temnej zóny (DC) na plazmatické bunky (PZ). Hladiny expresie FOX01 klesali v priebehu terminálnej diferenciácie z DZ B bunky na PZ, zatiaľ čo hladiny FOX01 mRNA sa zvyšovali. Zistili sme, že hladiny mRNA FOXO3A v cHL boli vyššie ako v DZ B bunkách, ale nižšie ako v PZ. Ukázali sme tiež, že tieto stredné hladiny expresie FOXO3A sú nevyhnutné pre prežitie cHL, pretože buď zvýšenie alebo zníženie množstva FOXO3A bolo nevhodné (obr. 2).
Následne sme dospeli k záveru, že bunky cHL udržiavajú tie hladiny expresie FOXO3A/FOXO1, ktoré odrážajú stav diferenciácie normálnych progenitorových buniek cHL, a že udržanie programu proliferácie a prežitia týchto normálnych progenitorových buniek je nevyhnutné pre prežitie cHL. Týmto spôsobom sme postulovali princíp „Zlatovlásky“ pre účinky FOXO na B-bunkový lymfóm.
Obr. 2. Jemné doladenie FOXO3A v cHL ako mechanizmu prežitia a charakteristický znak abortívnej diferenciácie plazmatických buniek (Osswald CD, et al., 2018)
Prísna regulácia FOXO1 je nevyhnutná pre udržanie B-ALL
Pri hľadaní podpory pre našu hypotézu „Zlatovláska“ sme zistili, že B-ALL, ktorý je veľmi citlivý na liečbu aktivujúcu FOXO (napr. Inhibítory AKT alebo nadmerná expresia FOXO1), udržuje vysokú hladinu expresie FOXO1 v jadrách čo naznačuje úlohu pre FOXO1 v B-ALL. Ukázali sme, že genetická inhibícia FOXO1 indukuje zastavenie rastu a apoptózu v bunkových líniách B-ALL (obr. 3). Najdôležitejšie však je, že farmakologická inhibícia FOXO1 preukázala antileukemickú aktivitu u niekoľkých primárnych vzoriek xenoimplantátov získaných od pediatrických pacientov s účinným znížením leukémie v hematopoetických, lymfoidných a centrálnych nervových kompartmentoch. To nakoniec viedlo k predĺženému prežitiu bez recidívy leukémie v predklinickom modeli B-ALL in vivo. Tieto výsledky naznačujú, že represia FOXO1 by mohla byť možným prístupom k liečbe B-ALL.
Obr. 3. Prísna regulácia FOXO1 je nevyhnutná na udržanie akútnej lymfoblastickej leukémie predchodcu B-buniek (Fan W. et al., Blood, 2018).
U Burkittovho lymfómu (BL) podporuje program množenia a prežitia tmavej zóny zárodočného centra a môže slúžiť ako farmakologický cieľ
Pri analýze našich starých údajov o expresii FOXO1 v podtypoch NHL B-buniek sme boli schopní určiť vysokú expresiu FOXO1 v jadrách BL. Pomocou experimentov „straty funkcie“ sme identifikovali antiproliferatívny účinok knockdownu FOXO1 v bunkových líniách BL, ktorý je spojený s potlačením B bunkového programu DC vrátane expresie MYB, CCND3, RAG2, BACH2 a CXCR4, išiel spolu. Ďalej bola pozorovaná indukcia signálnych dráh svetelnej zóny, ako sú NF-kB a PI3K-AKT. Pomocou „záchranného“ experimentu sme identifikovali down-reguláciu protoonkogénu MYB ako kritický faktor, ktorý prispieva k antiproliferatívnemu účinku knoxdownu FOXO1. Pri pokuse o vyhodnotenie uskutočniteľnosti farmakologickej represie FOX01 sme zistili, že nízkomolekulárny inhibítor FOXO1 AS1842856 indukuje bunkovú smrť a zastavenie rastu v bunkových líniách BL pri nízkych koncentráciách. Rovnako ako v cHL a B-ALL sme tiež pozorovali v bunkových líniách BL, že nadmerná aktivácia FOX01 tiež indukovala inhibíciu rastu, čo naznačuje dôležitosť prísnej regulácie aktivity FOX01 v BL (obr. 4).
Obr. 4. FOXO1 poskytuje udržiavanie programu proliferácie a prežitia v tmavých zónach a môže byť farmakologicky zameraný na Burkittov lymfóm (Gehringer F. a kol., Cancer, 2019).
Na udržanie BL je potrebná fyziologická aktivita PTEN-PI3K-AKT
Pri skúmaní úlohy FOXO1 v programe prežitia a proliferácie BL sme sa tiež zaoberali zjavným paradoxom prevažne jadrovej expresie FOXO1 a údajne vysokej aktivity signálnej dráhy FOXO-inaktivujúcej PI3K-PDPK1-AKT v BL. Zistili sme, že aktivita PI3K-PDPK1-AKT nepresahuje fyziologické hladiny typické pre B bunky zárodočného centra, z ktorého je odvodený BL. Nadexpresia konštantne aktívnej verzie AKT (myrAKT) a eliminácia prírodného inhibítora signálu PI3K-AKT PTEN viedli k inaktivácii FOXO1 a potlačili program proliferácie a prežitia DC, a tým aj rast BL (obr. 5).
Obr. 5. Fyziologické hladiny aktivity osi PTEN-PI3K-AKT sú potrebné na udržanie Burkittovho lymfómu (Gehringer F. a kol., Leukemia, 2020).
Naše hlavné výsledky
- Jasná klasifikácia transkripčných faktorov FOXO a ich regulačných signálnych dráh ako „supresorov nádoru“ a „onkogénov“ v neopláziách B-buniek nie je možná.
- Pri určitých leukémiách a lymfómoch B-buniek sa aktivity FOXO udržiavajú v „správnej“ zóne „Goldliocks“.
- Na liečbu leukémie B-buniek a lymfómu by sa mohla použiť selektívna farmakologická modulácia aktivít FOXO.
Peter Möller a Frank Leithäuser, Ústav patológie, Univerzita v Ulme
Randy Gascoyne a Christian Steidl. Ústav patológie a laboratórnej medicíny, Centrum pre rakovinu lymfatických uzlín a Centrum pre translačnú a aplikovanú genomiku, Vancouver, Kanada
Reuben Tooze, Oddelenie experimentálnej hematológie, Leedsov ústav pre rakovinu a patológiu, University of Leeds, Leeds, Veľká Británia
Na udržanie Burkittovho lymfómu sú potrebné fyziologické hladiny aktivity osi PTEN-PI3K-AKT.
Gehringer F, Weissinger SE, Möller P, Wirth T, Ushmorov A.
Leukémia. 2019 12. novembra doi: 10.1038/s41375-019-0628-0.
FOXO1 poskytuje údržbu programu šírenia a prežitia v temných zónach a môže byť farmakologicky zameraný na Burkittov lymfóm.
Gehringer F, Weissinger SE, Swier LJ, Möller P, Wirth T, Ushmorov A.
Rakoviny (Bazilej). 2019 25. septembra; 11 (10). pii: E1427. doi: 10,3390/rakoviny11101427.
FOXO v B-bunkovej lymfopoéze a B-bunkovej neoplázii.
Ushmorov A, Wirth T.
Semin Cancer Biol. 2018 jún; 50: 132-141.
Prísna regulácia FOXO1 je nevyhnutná na udržanie akútnej lymfoblastickej leukémie predchodcu B-buniek.
Wang F, Demir S, Gehringer F, Osswald CD, Seyfried F, Enzenmüller S, Eckhoff SM, Maier T, Holzmann K, Debatin KM, Wirth T, Meyer LH, Ushmorov A.
Krv. 2018 4. apríla. Pii: blood-2017-10-813576. doi: 10,1182/krv-2017-10-813576.
Jemné doladenie FOXO3A v cHL ako mechanizmu prežitia a znaku nesprávnej diferenciácie plazmatických buniek.
Osswald CD, Xie L, Guan H, Herrmann F, Pick SM, Vogel MJ, Gehringer F, Chan FC, Steidl C, Wirth T, Ushmorov A.
Krv. 2018 4. apríla; 131 (14): 1556-1567. doi: 10,1182/krv-2017-07-795278.
Aktivácia onkogénnych dráh v klasickom Hodgkinovom lymfóme decitabínom: Zdôvodnenie kombinácie s malými inhibítormi molekulovej hmotnosti.
Swerev ™, Wirth T, Ushmorov A.
Int J Oncol. 2017 február; 50 (2)
FOXO v B-bunkovej lymfopoéze a B-bunkovej neoplázii.
Ushmorov A, Wirth T.
Semin Cancer Biol. 2017 31. júla.