De oncogene JAK-STAT signaalweg in T-cel acute lymfatische leukemie en de link met epigenetische veranderingen en RNA metabolisme

T-cel acute lymfatische leukemie (T-ALL) is een agressieve hematologische maligniteit, gekenmerkt door de ongecontroleerde proliferatie van onrijpe lymfocyten in het beenmerg. Hoewel de behandeling bij kinderen zeer effectief is, is er nog steeds een onvervulde medische nood. Bij recidief of refractaire ziekte en bij volwassen patiënten blijven de behandelingsresultaten en de 5-jaarsoverleving somber. De behandeling bestaat uit complexe en intensieve chemotherapieschema’s, met belangrijke behandelingsgerelateerde morbiditeit (zowel op korte als lange termijn) en mortaliteit.

Ongeveer één derde van de T-ALL gevallen vertoont activatie van IL7 signaaltransductie door mutaties in de genen die coderen voor de componenten waaruit deze IL7 signaalweg is opgebouwd. Dit geeft aanleiding tot ontstaan van leukemie door rechtstreekse activatie van IL7-JAK-STAT doelgenen, via transcriptiefactor STAT5, en door activatie van bijkomende signaalwegen zoals Pi3K- en MAPK-signaalwegen. We hebben eerder aangetoond dat gerichte remming van JAK1/3 de proliferatie van JAK3-gemuteerde T-ALL-cellen zowel in vitro als in vivo afremt en synergistische activiteit heeft met PI3K-, BCL2- en MAPK-remmers. In het eerste deel van dit proefschrift toonden we aan dat gemuteerde IL7-signalering geremd kan worden met JAK-remmers, ongeacht welke component van de signaleringsroute een mutatie heeft, inclusief IL7Ra en STAT5B. De mate van gevoeligheid voor diverse JAK-remmers (met verschillende activiteit tegen JAK1, JAK2 en JAK3) hangt echter af van het type mutatie. Bovendien trad er synergistische activiteit op voor JAK-remmers in combinatie met MAPK- of BCL2-remmers in Ba/F3-cellen getransformeerd door IL7Ra- of STAT5B-mutaties.

Daarnaast hebben we aangetoond dat activerende mutaties in JAK3 veranderingen in fosforylering, en bijgevolg veranderingen in activiteit, induceren in biologische processen waarvan voorheen onbekend was dat ze beïnvloed werden door JAK3-activiteit, waaronder mRNA verwerking/splicing, chromatine remodellering en modificatie van histonen. Om de componenten in deze pathways te identificeren die essentieel zijn voor overleving van IL7-gedreven T-ALL, voerden we 2 CRISPR/Cas9-screens uit in Ba/F3 cellen getransformeerd tot cytokine-onafhankelijke groei door JAK3 M511I, JAK3 L857Q of STAT5B N642H en NRAS G12D als controle. We hebben eerst het geheel van bekende kinasen in de muis gescreend, gevolgd door een zelf ontworpen screen, voornamelijk gericht op epigenetische modificatie en RNA-verwerking. Interessant genoeg identificeerden we Hdac1 en Hdac3 als belangrijke genen voor de proliferatie van JAK3- en STAT5B-getransformeerde cellen, wat wijst op een centrale rol in ons IL7-gedreven celmodel. Behandeling met HDAC-remmers inhibeerde effectief de celoverleving, met een hoge gevoeligheid voor HDAC-remmers van de JAK-STAT-getransformeerde cellen. Andere interessante doelwitten zijn Kdm1a en Cdc7, specifiek voor de JAK3-getransformeerde cellen en Kmt2a en Phf6 voor de STAT5B-getransformeerde cellen. Deze resultaten moeten nog worden gevalideerd en het mechanisme achter de JAK-STAT afhankelijkheid voor deze factoren werd nog niet onderzocht.

Om het cohort van T-ALL patiënten te verbreden dat voordeel kan ondervinden van behandeling met gerichte inhibitoren, hebben we ons gericht op de NOTCH1-signaalweg. Meer dan 70% van de patiënten heeft activerende mutaties in NOTCH1-signalering. Ook in gemuteerde toestand moet de transmembraanreceptor NOTCH1 door het gamma-secretase complex geknipt worden om de signaaltransductie te activeren. Eerder werd aangetoond dat remming van NOTCH1 door gamma-secretase remmers de leukemieproliferatie beperkt bij T-ALL patiënten, echter ten koste van gastro-intestinale bijwerkingen. T-ALL cellen brengen meer PSEN1-bevattende gamma-secretase complexen tot expressie dan gezonde cellen. Als gevolg daarvan pakt de PSEN1-selectieve gamma-secretaseremmer MRK-560 T-ALL-cellen effectief aan, zonder dosisbeperkende toxiciteit in vivo in xenograft muismodellen afgeleid van patiënten. We toonden aan dat we PSEN1-selectieve gammasecretaseremmers veilig kunnen combineren met andere inhibitoren gericht tegen signaaltransductie via JAK1/3 en ABL1, of inhibitoren van nucleaire export. Deze combinatiebehandelingen verminderden in vivo de ziektelast en verlengden de overleving.

Kortom, in dit werk identificeerden we mogelijke nieuwe doelwitten voor de behandeling van IL7-gedreven T-ALL en ontwikkelden we synergistische combinatiebehandelingen voor IL7- en NOTCH1-gedreven T-ALL op basis van gerichte inhibitoren. Onze behandelingen remden effectief de proliferatie van T-ALL in vivo in xenograft-muismodellen van patiënten en werden goed verdragen. Op deze manier leverden we preklinisch bewijs dat T-ALL-patiënten baat kunnen hebben bij de klinische introductie van deze behandelingsprincipes en bij de verdere farmacologische ontwikkeling van PSEN1-selectieve gammasecretaseremmers.