Διερεύνηση μηχανισμών χημειοαντίστασης στην οξεία μυελογενή λευχαιμία με έμφαση στο ρόλο ενδοκυττάριων μονοπατιών μεταγωγής σήματος

Abstract

Chemotherapy resistance is a major challenge in acute myeloid leukemia (AML). Besides the P-glycoprotein efflux, additional cellular factors may contribute to drug-resistance in AML. c-Jun N-terminal Kinase (JNK) is activated after exposure of cells to chemotherapeutics. We asked whether chemoresistance in AML is attributed to intrinsic failure of the AML blasts to activate JNK. In vitro treatment of U937 AML cell line with anthracyclines induced a rapid and robust JNK phosphorylation and apoptosis. In contrast, the anthracycline-resistant derivative cell lines U937R and URD40 showed no JNK activation after exposure to anthracyclines, also at doses that resulted in high accumulation of the drug within the cells. RNA interference-based depletion of JNK1 in drug-sensitive U937 cells made them chemoresistant, whereas selective restoration of the inactive JNK pathway in the resistant U937R cells sensitized them to anthracyclines. Short-term in vitro exposure of primary AML cells (n=29) to daunorubicin showed a strong correlation between the in vitro pharmacodynamic changes of phospho-JNK levels and the response of patients to standard induction chemotherapy (P=0.012). We conclude that JNK activation failure confers another mechanism of anthracycline resistance in AML. Elucidating the ultimate mechanisms leading to JNK suppression in chemoresistant AML may be of major therapeutic value.

Η θεραπεία της Οξείας Μυελογενούς Λευχαιμίας (ΟΜΛ) είναι συχνά ανεπιτυχής λόγω ανάπτυξης κυτταρικής αντίστασης στα αντιλευχαιμικά φάρμακα. Εκτός από την έκφραση Ρ-γλυκοπρωτεΐνης στα λευχαιμικά κύτταρα, άλλοι κυτταρικοί παράγοντες μπορούν επίσης να συμβάλλουν στην χημειοαντίσταση. Η c-Jun N-terminal Kinase (JNK) είναι μία πρωτεϊνική κινάση που ενεργοποιείται όταν τα κύτταρα εκτεθούν σε χημειοθεραπευτικά φάρμακα (ΧΜΘ). Πρόσφατες μελέτες σε συμπαγείς όγκους συσχετίζουν την χημειοαντίσταση με αδυναμία των καρκινικών κυττάρων να ενεργοποιήσουν τη JNK κατόπιν επίδρασης ΧΜΘ. Σκοπός της εργασίας είναι να διερευνήσει αν η χημειοαντίσταση στην ΟΜΛ οφείλεται σε ενδογενή αδυναμία των λευχαιμικών βλαστών να ενεργοποιήσουν τη JNK. Μεθοδολογία: Συγκρίναμε ευαίσθητες (U937) και ανθεκτικές (U937R) στις ανθρακυκλίνες κυτταρικές σειρές ΟΜΛ ως προς την δυνατότητα in vitro ενεργοποίησης της JNK κατόπιν επίδρασης ΧΜΘ (Western Blot). Επιπλέον, στις λευχαιμικές κυτταρικές σειρές ελέγξαμε απευθείας τη σημασία της JNK στην χημειοαντίσταση με πειράματα α) αποσιώπησης της JNK με JNK1–στοχεύον siRNA και β) ενεργοποίησης της JNK (διαμόλυνση με τον ΜΚΚ4/SEK1 άνωθεν ενεργοποιητή της JNK). Περαιτέρω, ελέγξαμε την in vitro δυνατότητα ενεργοποίησης της JNK σε 29 πρωτογενή μυελικά δείγματα ΟΜΛ κατόπιν βραχείας διάρκειας (30-60min) έκθεση στην daunorubicin (1μΜ) και συσχετίσαμε τα εργαστηριακά δεδομένα με κλινικά χαρακτηριστικά των ασθενών με ΟΜΛ. Αποτελέσματα: In vitro θεραπεία των U937 κυττάρων με ανθρακυκλίνες προκάλεσε ισχυρή και ταχεία ενεργοποίηση της JNK και απόπτωση. Αντίθετα, στα πολυανθεκτικά U937R κύτταρα δεν παρατηρήθηκε ενεργοποίηση της JNK, ακόμη και σε συνθήκες υψηλής ενδοκυττάριας συγκέντρωσης ανθρακυκλινών. Αποσιώπηση της JNK στα ευαίσθητα U937 κύτταρα τα έκανε ανθεκτικά στις ανθρακυκλίνες (JNK1-siRNA διαμολυσμένα U937 κύτταρα εμφάνισαν 50.4% και 61.3% ελαττωμένη daunorubicin- (DNR, 1μΜ 24hr) και doxorubicin- (DOX, 1.5μΜ 24hr) προκαλούμενη απόπτωση αντίστοιχα, συγκριτικά με U937 κύτταρα-μάρτυρες, P<0.001). Αντίστροφα, εκλεκτική ενεργοποίηση της ανενεργού JNK στα ανθεκτικά U937R κύτταρα τα έκανε 3.3 φορές πιο ευαίσθητα στη DNR και 3.1 φορά πιο ευαίσθητα στη DΟΧ, συγκριτικά με U937R κύτταρα-μάρτυρες. Επιπρόσθετα, παρατηρήσαμε ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των in vitro φαρμακοδυναμικών αλλαγών των επιπέδων ενεργοποίησης της JNK στους λευχαιμικούς βλάστες και της ανταπόκρισης των ασθενών με ΟΜΛ στη χημειοθεραπευτική αγωγή (P=0.012). Η απουσία ενεργοποίησης της JNK στα βλαστικά κύτταρα συσχετίστηκε επίσης με αρνητικούς προγνωστικούς παράγοντες για την ΟΜΛ, όπως γηραιότερη ηλικία των ασθενών (P=0.046) και ΟΜΛ αναπτυσσόμενη επί εδάφους μυελοδυσπλασίας (P=0.017). Συνοψίζοντας, τα in vitro και in vivo αποτελέσματα μας προτείνουν την ενδογενή αποτυχία ενεργοποίησης της πρωτεϊνικής κινάσης JNK στους λευχαιμικούς βλάστες σαν έναν εναλλακτικό μηχανισμό χημειοαντίστασης στην ΟΜΛ. Η διαλεύκανση των μηχανισμών εκείνων που επιφέρουν καταστολή της JNK στην χημειοανθεκτική ΟΜΛ μπορεί να ωφελήσει θεραπευτικά.