MRD- en LSC-doelgerichte therapieën bij acute myeloïde leukemie weer stap(pen) dichterbij

Op 23 november 2022 promoveerde Noortje van Gils aan de Vrije Universiteit Amsterdam op haar proefschrift ‘Therapeutic target identification and drug-target validation for acute myeloid leukemia’. Als promotor trad op prof. dr. J. Cloos; copromotoren waren dr. L. Smit en prof. dr. G.J. Ossenkoppele. Van Gils is momenteel werkzaam als postdoctoraal onderzoeker in de groep bij dr. Linda Smit, afdeling Hematologie, locatie VUmc.

Wat was het doel van je promotieonderzoek?

Ondanks ontwikkelingen in de therapeutische mogelijkheden voor acute myeloïde leukemie (AML), zijn heterogeniteit in de respons op behandeling en (chemo)therapieongevoeligheid de belangrijkste oorzaken van de slechte overlevingskans van AML-patiënten. Een kleine subpopulatie van AML-cellen met mindere gevoeligheid voor chemotherapie is in staat de behandeling te overleven (minimale restziekte; MRD). Binnen deze MRD-celpopulatie is een kleine subgroep van onrijpe leukemiecellen aanwezig met stamceleigenschappen: de leukemische stamcellen (LSCs). LSCs kunnen zichzelf ongelimiteerd vernieuwen en uitrijpen tot leukemische voorlopercellen. Dit leidt op enig moment tot het ontstaan van een AML-recidief. Om de overlevingskansen van AML-patiënten te verbeteren, is het noodzakelijk nieuwe therapieën te ontwikkelen, gericht op het specifiek doden van LSCs. Mijn promotieonderzoek focust daarom op het begrijpen van mechanismen die betrokken zijn bij therapieongevoeligheid en bij het vermogen om leukemie te initiëren in LSCs tijdens diagnose en MRD. Daarnaast richt het onderzoek zich op de identificatie van nieuwe therapeutische doelwitten en het valideren van deze doelwitten als mogelijk effectieve en veilige behandeling voor AML-patiënten.  

Wat wil jij dat de klinische dokter van jouw onderzoek weet?

Onze preklinische onderzoeken hebben geleid tot de ontdekking van veelbelovende nieuwe therapeutische behandelingen die specifiek LSCs doden en gevoeligheid voor (chemo)therapie in AML-cellen verhogen. Door vergelijking van genexpressieprofielen tussen LSCs, hematopoëtische stamcellen en leukemische progenitoren, alle afkomstig uit het beenmerg van dezelfde patiënt, hebben we differentiële expressie van het gen IGFBP7 aangetoond. Lage IGFBP7-expressie hangt samen met verminderde chemotherapiegevoeligheid. Het verhogen van IGFBP7 door toevoeging van recombinant eiwit IGFBP7 aan patiëntmateriaal, leidt in AML-cellen tot differentiatie, verminderde overleving en verhoogde gevoeligheid voor chemotherapie en ATRA.1,2 Daarnaast hebben we ontdekt dat anthracycline doxorubicine de leukemiecellen epigenetisch herprogrammeert, door H3K27 en H3K4 tri-methylatie te induceren. Binnen een doxorubicine-gevoelige celpopulatie is een subpopulatie van cellen gevonden die dynamisch therapieongevoelig is en na doxorubicine-behandeling geen verhoogde H3K27me3- of H3K4me3-expressie vertoont. Deze therapieongevoelige cellen kunnen worden gedood door de epigenetische remmer GSK-J4. In AML-patiëntmateriaal hebben we daarna aangetoond dat GSK-J4 LSCs doodt die aanwezig zijn tijdens diagnose en MRD.3 Als laatste hebben we het epigenetische geneesmiddel NEO2734 getest, een remmer van de activiteit van BET en CBP/p300. In AML-patiëntmateriaal kan NEO2734 AML-(stam)cellen doden en behandeling met NEO2734 leidt tot verhoogde gevoeligheid voor chemotherapie in AML-cellen.4 

Wat was het meest frustrerende onderdeel van je onderzoek?

AML is een zeer heterogene ziekte, waardoor AML-patiëntmateriaal in het lab een grote variatie laat zien in gevoeligheid voor potentiële nieuwe therapeutische behandelingen. Deze heterogeniteit maakt het ook lastig betrouwbare biomarkers te vinden waarmee AML-patiënten kunnen worden geïdentificeerd die mogelijk goed reageren op nieuwe therapeutische doelwitten. 

Welk moment/inzicht bracht een doorbraak?

Ik denk dat binnen preklinisch onderzoek meestal niet één gebeurtenis is aan te wijzen die leidt tot de doorbraak in het onderzoek. In dit proefschrift heeft ieder resultaat van elk experiment, zowel in vitro, ex vivo als in vivo, dan ook bijgedragen aan alle (kleine) stappen voorwaarts. 

Wat is de vervolgvraag die voortkomt uit jouw onderzoek?

Met onze uitgebreide preklinische analyses hopen we klinische toepassingen van de nieuwe therapeutische doelwitten (rhIGFBP7, GSK-J4 en NEO2734) te realiseren. Om de optimale dosering en behandelingsduur van ieder geïdentificeerd therapeutisch doelwit te bepalen, is vervolgonderzoek nodig. Daarbij moet er rekening mee gehouden worden dat het combineren van geneesmiddelen begrensd wordt door de toxiciteit en bijwerkingen van ieder geneesmiddel, en dat AML-cellen mogelijk nieuwe mechanismen ontwikkelen die zorgen voor ongevoeligheid voor deze nieuwe behandelingen. 

Wat neem je zelf mee uit jouw promotieonderzoek? Wat zijn jouw volgende stappen?

Om het heterogene AML-landschap te begrijpen en betrouwbare biomarkers te vinden die accuraat de gevoeligheid van doelgerichte therapieën kunnen voorspellen in AML-patiënten, is integratie van verschillende parameters, zoals gen- en eiwit-expressieprofielen, (epi)genomics en transcriptomics, nodig. Als postdoctoraal onderzoeker in de groep bij dr. Linda Smit focus ik nu op het gebruik van single-cell sequencing technologieën om het heterogene AML-landschap, inclusief de tumor micro-omgeving, in kaart te brengen en de moleculaire mechanismen betrokken bij AML-recidief en (chemo)therapieresistentie beter te begrijpen, om zo de ontwikkeling van MRD- en LSC-doelgerichte therapieën te verbeteren.

Referenties:

1. Verhagen HJMP, van Gils N, Martiañez T, et al. IGFBP7 Induces Differentiation and Loss of Survival of Human Acute Myeloid Leukemia Stem Cells without Affecting Normal Hematopoiesis. Cell Rep. 2018;25:3021-35.e5.
2. Van Gils N, Verhagen HJMP, Rutten A, et al. IGFBP7 activates retinoid acid-induced responses in acute myeloid leukemia stem and progenitor cells. Blood Adv. 2020;4:6368-83.
3. Van Gils N, Verhagen HJMP, Broux M, et al. Targeting histone methylation to reprogram the transcriptional state that drives survival of drug-tolerant myeloid leukemia persisters. iScience. 2022;25:105013.
4. Van Gils N, Martiañez T, Vermue E, et al. The Novel Oral BET-CBP/p300 Dual Inhibitor NEO2734 Is Highly Effective in Eradicating Acute Myeloid Leukemia Blasts and Stem/Progenitor Cells. HemaSphere. 2021;5.