Specifické imunologické a epigenetické vlastnosti nádorových buněk a jejich význam v léčbě vybraných hematoonkologických onemocnění

Mgr. Veronika Foltánková, Ph.D.

Doctoral thesis

Specific immunologic and epigenetic properties of the tumor cells and their importance in the therapy of selected hematological malignancies

Abstract:

Hematologická nádorová onemocnění jsou obtížně léčitelná a u mnoha z nich dosud nebyla nalezena cesta k úplnému vyléčení. Transplantace hematopoetických krevních buněk (HSCT) dosahuje dobré léčebné odpovědi, časté jsou však relapsy onemocnění. Další komplikací je vznik nemoci štěpu proti hostiteli (GVHD). Podobný mechanismus jako GVHD však dokáže eliminovat i nádorové buňky, zejména činností protinádorových T lymfocytů. Tento efekt byl popsán jako reakce štěpu proti nádoru (GVT) a jeho objevení vedlo k rozvoji adoptivní buněčné imunoterapie. Cílem disertační práce bylo studium GVT-specifických T lymfocytů charakterizovaných strukturou receptoru TCRβ u vybraných hematologických nádorových onemocnění. Populace T lymfocytů byla zbavena GVH-reaktivních T lymfocytů pomocí selektivní deplece. Protinádorová imunitní odpověď byla oligoklonální až monoklonální, bylo tedy aktivováno pouze několik imunodominatních klonů T lymfocytů specifických vůči malému počtu antigenů na povrchu nádorových buněk. Definovaný T lymfocytární klon byl sledován v periferní krvi pacienta s CLL po HSCT, u kterého však vlivem terminálního relapsu zřejmě došlo ke ztrátě antigenní specificity rychle proliferujících leukemických blastů. Ztráta antigenní specifity je důležitý mechanismus úniku nádoru imunitnímu systému a může být důsledkem genetických i epigenetických změn. Epigenetické procesy, jako je metylace DNA, histonové modifikace a funkce transkripčních faktorů, podstatně ovlivňují genovou expresi. Porozumění epigenetickým procesům v kontextu nádorové buňky je tedy významné pro protinádorovou terapii použitím inhibitorů histonových deacetyláz (HDAC) nebo jiných epigeneticky významných enzymů jako léčiv nové generace. Dalším cílem disertační práce bylo testovat, zda je histonový kód myelomových a leukemických buněk nádorově specifický v porovnání s kontrolními nemaligními buňkami, a jak jej lze ovlivnit pomocí inhibitoru HDAC vorinostatu. Pozorovali jsme odlišné hladiny histonových modifikací v protoonkogenech c-myc a Mcl-1, a v ribozomálních genech u myelomových MOLP8, leukemických K562 a nemaligních WIL2NS. Oproti buňkám WIL2NS vykazovaly MOLP8 a K562 absenci H3K9me2 ve všech testovaných genových oblastech. Tento transkripčně represivní marker byl v c-myc a ribozomálních genech substituován H3K27me3. Při porovnání více myelomových a leukemických buněčných linií vyšlo najevo, že ribozomální geny jsou méně náchylné k epigenetické heterogenitě nežli c-myc a Mcl-1. Inhibitor HDAC vorinostat významně zvýšil H3K9ac ve většině analyzovaných promotorů a kódujících oblastí genů a částečně pozměnil i hladiny dalších post-translačních modifikací některých studovaných lokusů.

Abstract:

Despite recent advances in therapy of hematological malignancies, many of them remain incurable. Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is an effective treatment; however, relapses are frequent. Other severe complication is represented by graft-versus-host disease (GVHD). Similar mechanism as GVHD can eliminate tumor cells, mainly by anti-tumor T lymphocytes. This effect was termed graft versus tumor (GVT) and its discovery led to the advance in adoptive cell immunotherapy with promising results in cancer therapy. The aim of the dissertation was to study GVT-specific T lymphocytes characterized by TCRβ structure in selected hematological malignancies. T lymphocyte population was selectively depleted of GVH-reactive T lymphocytes. Antitumor immune response was oligoclonal to monoclonal, i.e. only few immunodominant T cell clones specific against low amount of antigens on the tumor cell surface were activated. Defined T cell clone was monitored in peripheral blood of the CLL patient undergoing HSCT who developed terminal relapse probably accompanied by a loss of the antigen specificity of the rapidly proliferating leukemic blasts. This phenomenon is an important mechanism in tumor immune escape and may be caused by genetic and epigenetic changes. Epigenetic events as DNA methylation, histone post-translational modifications and function of transcription factors substantially influence gene expression. Understanding the epigenetics of tumor cells is of clinical significance for the cancer treatment using new generation of inhibitors of histone deacetylases (HDACs) or other chromatin-modifying enzymes as novel anti-cancer drugs. The second aim of the dissertation was to test whether the histone pattern in myeloma and leukemia cells is tumor-specific as compared with non-malignant cells and how can these cells become affected by HDAC inhibitor vorinostat. We observed distinct histone signature in c-myc and Mcl-1 proto-oncogenes and ribosomal gene loci in myeloma MOLP8 cells, leukemia K562 cells and non-malignant WIL2NS cells. In comparison with the WIL2NS cells, MOLP8 and K562 cells were characterized by an absence of the gene silencing marker H3K9me2 in all the gene regions tested. However, high levels of other silencing marker H3K27me3 were detected in the c-myc and ribosomal genes. When compared with other myeloma and leukemia cell lines, the ribosomal genes were less prone to epigenetic heterogeneity than the c-myc and Mcl-1 proto-oncogenes. HDAC inhibitor vorinostat significantly increased H3K9ac in most of the promoters and gene coding regions analyzed in MOLP8 cells. Vorinostat also partially modified other post-translational modifications in genomic regions studied.

Keywords

mnohočetný myelom, leukémie, reakce štěpu proti nádoru, reakce štěpu proti hostiteli, T lymfocytární receptor, epigenetika, histonový kód, rDNA, c-myc, Mcl-1, vorinostat

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 10. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 14. 12. 2012
• Supervisor: prof. MUDr. Roman Hájek, CSc.
• Reader: doc. Mgr. Martin Trbušek, Dr., MUDr. et Mgr. Jiří Minařík, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology