Κυτταρική σηματοδότηση στο μυελοδυσπλαστικό σύνδρομο

Abstract

Azacitidine is the mainstay of high-risk myelodysplastic syndromes (MDS) therapy, but molecular predictors of response and the mechanisms of resistance to azacitidine remain largely unidentified. Deregulation of signaling via Stat3 and Stat5 in acute myeloid leukemia (AML) is associated with aggressive disease. Numerous genes involved in cell signaling are aberrantly methylated in MDS, yet the alterations and the effect of azacitidine treatment on Stat3/5 signaling in high-risk MDS have not been explored.We assessed longitudinally constitutive and ligand-induced phospho-Stat3/5 signaling responses by multiparametric flow cytometry in 74 patients with MDS and low blast count AML undergoing azacitidine therapy. Pretreatment Stat3/5 signaling profiles in CD34+ cells were grouped by unsupervised clustering. The differentiation stage and the molecular properties of the CD34+ G-CSF–inducible Stat3/5 double-positive subpopulation were tested by flow cytometry and quantitative real-time PCR in isolated MDS progenitors.The pretreatment Stat3/5 signaling profiles in CD34+ cells correlated strongly with response and cytogenetics and independently predicted event-free survival. We further identified a CD34+ G-CSF–inducible Stat3/5 double-positive subpopulation (DP subset) whose pretreatment levels were inversely associated with treatment response and cytogenetics. The kinetics of the DP subset followed the response to azacitidine and the disease course, whereas its molecular characteristics and cellular hierarchy were consistent with a leukemia propagating cell phenotype.Our findings provide a novel link among Stat3/5 signaling and MDS pathobiology and suggest that the Stat3/5 signaling biosignature may serve as both a response biomarker and treatment target.

Η έκτοπη μεθυλίωση και η απορρύθμιση της κυτταρικής σηματοδότησης συμβάλουν στην παθογένεση των ΜΔΣ, ενώ παράλληλα, επιγενετικές τροποποιήσεις σε γονίδια που συμμετέχουν στην κυτταρική σηματοδότηση συναντώνται συχνά σε ασθενείς με ΜΔΣ, ιδιαίτερα στα όψιμα στάδια της νόσου. Εκτός από την αμοιβαία αλληλεπίδραση μεταξύ των μηχανισμών επιγενετικής τροποποίησης και της σηματοδότησης, οι υπομεθυλιωτικοί παράγοντες μπορούν να επηρεάζουν έμμεσα την μεταγωγή σήματος. Παρά τα δεδομένα στην ΟΜΛ, δεν υπάρχει κάποια έρευνα που να μελετά τις μεταβολές των σηματοδοτικών μορίων Stat3/5 στα όψιμου σταδίου ΜΔΣ, καθώς και την επίδραση της υπομεθυλιωτικής θεραπείας σε αυτή την λευχαιμική σηματοδότηση.Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν τα Stat3/Stat5 σηματοδοτικά προφίλ στα αιμοποιητικά στελεχιαία/προγονικά κύτταρα (ΑΣΠΚ) 74 ασθενών με ΜΔΣ και ΟΜΛ με χαμηλό ποσοστό βλαστών, κατά τη διάρκεια θεραπείας με τον υπομεθυλιωτικό παράγοντα αζακυτιδίνη. Ταυτοποιήθηκαν τα βασικά και επαγόμενα από G-CSF και GM-CSF επίπεδα των μορίων Stat3 και Stat5 στα CD34+ κύτταρα μυελού των οστών των ασθενών με πολυπαραμετρική, φωσφοειδική κυτταρομετρία ροής. Για την ομαδοποίηση των Stat3/5 σηματοδοτικών προφίλ των CD34+ κυττάρων των ασθενών, χρησιμοποιήθηκε η ανιούσα ιεραρχική ταξινόμηση χωρίς επίβλεψη (unsupervised hierarchical clustering). Το στάδιο διαφοροποίησης και οι μοριακές ιδιότητες του GCSF-επαγόμενου διπλά θετικού Stat3/5 υποπληθυσμού στα CD34+ κύτταρα μελετήθηκαν με κυτταρομετρία ροής και ποσοτική real-time PCR στα απομονωμένα προγονικά κύτταρα.Τα δεδομένα της εργασίας έδειξαν ότι το προθεραπευτικό Stat3/5 προφίλ των ΑΣΠΚ στο ΜΔΣ συσχετίζεται σημαντικά με την απάντηση στη θεραπεία και την έκβαση των ασθενών. Ταυτοποιήθηκε, επίσης, ένας G-CSF-επαγόμενος phospho-Stat3/5 διπλά θετικός υποπληθυσμός στο διαμέρισμα των CD34+ κυττάρων (ΔΘ υποπληθυσμός), τα προθεραπευτικά επίπεδα του οποίου ήταν αντιστρόφως ανάλογα της απάντησης στην αζακυτιδίνη. Η κυτταρική ιεραρχία και οι μοριακές ιδιότητες του ΔΘ υποπληθυσμού εμφάνιζαν ομοιότητες με τον φαινότυπο λευχαιμικού στελεχιαίου κυττάρου, ενώ η κινητική του ακολουθούσε την πορεία της νόσου και την απάντηση στη θεραπεία.Τα δεδομένα μας προσφέρουν μια νέα συσχέτιση μεταξύ της Stat3/5 σηματοδότησης και της παθοβιολογίας του ΜΔΣ, ενώ, επίσης, υποδεικνύουν ότι το Stat3/5 σηματοδοτικό προφίλ μπορεί να αποτελέσει προβλεπτικό βιοδείκτη για την απάντηση στην αζακυτιδίνη, καθώς και θεραπευτικό στόχο για το ΜΔΣ.