Caracterización molecular e impacto clínico de células madre leucémicas en pacientes con leucemia mieloide crónica

Abstract

La leucemia mieloide crónica (LMC) se caracteriza por la activación constitutiva de la quinasa BCR-ABL1. A partir de la introducción del tratamiento con inhibidores de tirosina-quinasa (ITK) específicos, la sobrevida global ha mejorado significativamente. Sin embargo, aún luego de muchos años de tratamiento, los pacientes muestran evidencias de enfermedad residual por la persistencia de una población de células madre leucémicas (LSC). En este trabajo nos propusimos responder dos preguntas acerca de esta población: 1) ¿Es de utilidad clínica la cuantificación de las LSC en los pacientes con LMC a lo largo del tratamiento?2) ¿Qué características biológicas diferencian a las LSC de sus contrapartes normales, las células madre hematopoyéticas (HSC)?Respecto a la cuantificación de la población de LSC, observamos que los niveles de carga leucémica inicial eran variables entre pacientes, y disminuían en la fracción de células primitivas y progenitoras a lo largo del tratamiento con ITK. A los seis meses de tratamiento, la carga leucémica en la fracción primitiva fue menor en los pacientes clasificados como óptimos respondedores al tratamiento con ITK, vs. aquellos que presentaron signos de advertencia o falla. Esta metodología, basada en la detección del ARNm de BCR-ABL1 en colonias provenientes de un cultivo de largo término (6 semanas), no fue lo suficientemente sensible para pacientes en RM profunda. Para resolver esta limitación, desarrollamos una metodología capaz de detectar las LSC a nivel de ADN genómico mediante la amplificación del punto de fusión paciente-específico, permitiendo la independización de los niveles de expresión de BCR-ABL1. Este ensayo podría tener relevancia para la clínica, ya que será utilizado para evaluar la carga leucémica en el contexto del primer ensayo clínico de discontinuación del tratamiento con ITK en Argentina.Respecto a la caracterización molecular de las LSC y HSC, evaluamos la los niveles globales de microARNs en dichas fracciones provenientes de pacientes con LMC al diagnóstico, en comparación con la fracción primitiva y progenitora de dadores sanos, mediante la tecnología de secuenciación masiva. Describimos conjuntos de microARNs diferencialmente expresados, y realizamos la validación de un subgrupo de ellos mediante RT-qPCR en una nueva cohorte de pacientes y dadores sanos. Observamos que la correlación entre ambas técnicas fue baja, y discutimos las limitaciones que pudieron estar implicadas en dicho resultado. El análisis funcional in silico de los microARNs validados reveló una asociación significativa con vías relacionadas a distintos procesos metabólicos. Finalmente, realizamos una búsqueda de microARNs novel a partir de los resultados de la secuenciación masiva, detectando la presencia de un microARN de biogénesis no canónica, derivado del clivaje del ARN pequeño nucleolar SCARNA15.

Chronic myeloid leukemia (CML) is characterized by constitutive activation of BCR-ABL1 kinase. Since the introduction of treatment with specific tyrosine-kinase inhibitors (TKI), overall survival has improved significantly. However, patients on long-therm terapy show signs of residual disease burden due to the presence of leukemic stem cells (LSC). In this thesis, we aimed to answer the following questions regarding LSC: 1) Is it of clinical utility to quantify the LSC burden in CML patients receiving TKI treatment? 2) What are the biological differences between LSC and their normal counterparts, hematopoietic stem cells (HSC)? Regarding the quantification of LSC, we detected variable levels of leukemic burden in the primitive fraction at diagnosis; we also observed that leukemic burden was gradually reduced along TKI treatment in the primitive and progenitor fraction. At six months of treatment, LSC burden was lower in patients that showed an optimal response to TKI treatment vs. patients that showed signs of warning or failure. For patients showing deep molecular responses in peripheral blood, this methodology, based on the detection of BCRABL1 mRNA-positive colonies in long-term (6-weeks) culture initiating cells (LTC-IC) assays, was not sensitive enough. Therefore, we developed a method that enabled us to detect LSC at the DNA level, independently of BCR-ABL1 expression levels. In order to design patient-specific primers, we amplified and sequenced the genomic BCR-ABL1 breakpoint; primers were used to evaluate single colonies from a 6-week LTC-IC assay, by direct nested-PCR. In the context of an ongoing TKI-stop trial in Argentina, this method could be of clinical utility to assess LSC burden before discontinuation. Regarding characterization of LSC and HSC from CML patients, we analyzed global microRNA expression by massive parallel sequencing. We also characterized primitive and progenitor fractions from healthy donors. After differential expression analysis, we validated a set of microARNs by RT-qPCR, in a new cohort of patients and healthy donors. We observed a low correlation between both techniques, and we discussed possible limitations related to this result. In silico analysis of validated microARNs revealed a significant association with metabolic pathways. Finally, we searched for novel microARNs, and found a microRNA of non-canonical biogenesis, derived from the cleavage of a longer molecule, previously characterized as SCARNA15.