Progetto di ricerca per il bando di Ricercatore a tempo determinato: “Alterazioni molecolari e bersagli terapeutici nelle neoplasie mieloproliferative croniche” Descrizione del progetto e del suo potenziale impatto scientifico. Le neoplasie mieloproliferative croniche (MPN) includono disordini, quali policitemia vera (PV), trombocitemia essenziale (ET) e mielofibrosi primaria (PMF), che originano dalla incontrollata proliferazione di un clone emopoietico che determina una produzione esagerata di cellule mature del sangue (1) (2). Si tratta di patologie croniche, relativamente frequenti; l’aspettativa di vita è di poco ridotta rispetto alla popolazione di controllo nella PV e ET, ma fortemente accorciata (mediana, 5 anni) nella PMF. Il decorso è gravato da varie complicazioni, soprattutto di tipo trombo-embolico ed emorragico, e nelle forme più avanzate vi è una compromissione sistemica che riduce la qualità di vita; possono culminare, in una proporzione variabile, in leucemia acuta, resistente ai trattamenti correnti, eventualmente attraverso una fase di mielofibrosi post-PV o post-ET. La terapia attuale è palliativa, volta al controllo dei sintomi, alla prevenzione delle complicanze, ma non induce remissione clonale né previene la comparsa della trasformazione leucemica. Il trapianto di cellule staminali emopoietiche è potenzialmente curativo, ma è riservato ad una minoranza di pazienti. Questo settore della ematologia, largamente trascurato, ha ricevuto un impulso straordinario a seguito della scoperta, nel 2005, della mutazione V617F nel gene JAK2, che si riscontra nel 95% almeno delle PV e in circa il 60% delle ET e PMF. Questa scoperta ha focalizzato l’attenzione sulla via di segnale JAK/STAT, ed è stata seguita dall’identificazione di altre mutazioni sia in geni connessi a questa stessa via (MPL, Lnk) sia in oncogeni (TET2, CBL, IDH1, IDH2 e EZH2) il cui significato funzionale è ancora da definire (3). La scoperta di queste anomalie molecolari ha rappresentato un importante avanzamento nelle conoscenze circa la patogenesi di queste malattie(4), il loro inquadramento diagnostico, e il potenziale impiego di nuovi farmaci e/o una rivisitazione di farmaci già da tempo in uso (5). Peraltro, rimangono ancora aspetti non ben caratterizzati circa la (le) lesion(i) molecolari di base, le eventuali anomalie aggiuntive che sono responsabili della evoluzione delle malattie fino alla trasformazione leucemica, e i meccanismi attraverso i quali queste lesioni molecolari condizionano lo sviluppo e il fenotipo clinico. Una migliore comprensione di questi aspetti potrebbe aiutare nella identificazione di nuovi bersagli terapeutici, nuovi farmaci potenzialmente attivi, e/o nel migliorare l’uso di farmaci già disponibili, eventualmente in combinazione. La opportunità di procedere in queste direzioni è sostenuta dalla osservazione che i farmaci anti-JAK2 sviluppati negli ultimi anni hanno un importante effetto clinico, ma non incidono significativamente sul clone patologico né certamente sono in grado di colpire con efficacia la cellula staminale neoplastica. Principali punti del programma: 1. Identificazione e caratterizzazione di nuove mutazioni somatiche nelle MPN. L’obiettivo di questi studi è di identificare regioni del genoma caratterizzate da variazione del numero di copie di geni per delezione o incremento (copy number variation,CNV) e da perdita di eterozigosità (LOH), mediante tecnologia SNP ARRAY con piattaforma Affimetrix. Verrà analizzato il DNA estratto da cellule CD34+, immunoselezionate dal midollo o sangue periferico, confrontato con il DNA germinale (buccale o da T-linfociti). Da nostri dati preliminari è emerso che mentre le regioni di CNV sono relativamente infrequenti esistono diverse regioni di LOH “non-private” che potrebbero contenere geni “putativi” di potenziale interesse patogenetico. Ci proponiamo pertanto di sottoporre ad analisi SNP almeno 50 casi di ciascuna delle tre MPN, oltre ad almeno 50 casi di evoluzione mielofibrotica post-PV/post-ET, e casi di trasformazione leucemica con disponibilità di campioni seriali nella fase cronica e acuta di malattia. Sulle regioni di CNV o LOH individuate si procederà ad analisi per determinare il livello di espressione di geni putativi deleti o potenzialmente iperespressi, mediante real-time PCR, e per ricercare mutazioni puntiformi, sia con approccio di sequenza diretto nel caso di geni putativi sia con tecnologia di deep-sequencing nel caso di regioni 1 più complesse. Le alterazioni eventualmente confermate saranno validate su una più ampia casistica di pazienti con MPN, e si ricercheranno le correlazioni clinico-diagnostiche. Di particolare interesse potrebbe risultare l’eventuale identificazione di lesioni acquisite nel passaggio dalla fase cronica alla fase leucemica; in tal caso lo studio di validazione comprenderà anche soggetti con leucosi primaria e secondaria ad altre patologie o terapia. Una volta identificate una o più regioni geniche con anomalie somatiche acquisite si procederà alla caratterizzazione funzionale delle proteine mutate attraverso iperespressione/down-regolazione delle sequenze mutate in linee e in cellule primarie da pazienti con MPN mediante saggi clonogenici, di differenziazione e apoptosi, analisi delle vie di segnalazione e del profilo di espressione genico. Per uno uno-due geni ritenuti di particolare di interesse verranno eseguiti esperimenti di trapianto in modelli murini per la caratterizzazione del fenotipo risultante. Risultati attesi: identificazione di regioni geniche con anomalie di sequenza, loro caratterizzazione funzionale, e definizione del loro impatto diagnosticoclinico, e di potenziale bersaglio terapeutico. Sviluppo temporale: mesi 1-36. 2. Definizione del profilo di espressione genica (geni codificanti e microRNA) nei progenitori emopoietici delle MPN. L’obiettivo di questi studi è di definire il profilo di espressione genica dei geni codificanti e dei microRNA in progenitori emopoietici CD34+ di pazienti con MPN, con la finalità di identificare un network di vie di segnalazione la cui alterazione potrebbe rappresentare un valido bersaglio terapeutico. Utilizzeremo un set di campioni come descritto per gli esperimenti di cui al punto precedente. Questi studi verranno effettuati in cellule CD34+ purificate tramite immunoselezione, e sulla frazione blastica nel caso delle trasformazioni leucemiche. Il profilo di espressione genica (GEP) verrà determinato utilizzando una piattaforma Affimetrix e il chip HGU133 plus 2.0, con procedure già utilizzate (6). L’analisi bioinformatica verrà effettuata con R Bioconductor e Partek Genomic Suite. Lo studio di espressione dei microRNA verrà condotto utilizzando il sistema TaqMan Human MicroRNA Array v3.0. L’analisi dei dati verrà effettuata utilizzando diversi software di predizione dei target (PITA, Miranda, TargetScan, etc) e di integrazione. Il passo successivo consisterà nell’analisi integrata delle pathways identificate dall’analisi di espressione per identificare ulteriori circuiti di regolazione ed una loro eventuale alterazione. Dalla lista di geni e di microRNA espressi in maniera anomala rispetto ad una popolazione di soggetti sani di controllo, si identificherà un subset di geni che, in base al livello di espressione differenziale e/o alla funzione, verrà validato mediante metodiche di real-time PCR in una più ampia casistica di pazienti. Risultati attesi: Identificazione di geni codificanti e microRNA espressi in maniera anomala che rappresentino potenziali bersagli per la terapia. Sviluppo temporale: mesi 1-48. 3. Validazione di nuovi bersagli terapeutici e caratterizzazione del meccanismo d’azione dei farmaci. L’obiettivo di questi studi è duplice: da un lato, validare funzionalmente i possibili bersagli terapeutici identificati dalle analisi mutazionali e di espressione sopra descritte; dall’altro, definire i punti di azione di farmaci innovativi che sono in corso di impiego clinico, da soli o in combinazione con altri. Nel primo caso, si valuterà in sistemi appropriati di coltura l’effetto di molecole inibenti bersagli putativi, che siano già disponibili (piccole molecole inibitrici; anticorpi) o sintetizzate custom (siRNA, shRNA) valutandone l’effetto sulla proliferazione, apoptosi, differenziazione cellulare, ed espressione genica/microRNA. Nel secondo caso, verranno utilizzati farmaci che abbiano già dimostrato attività clinica nelle NPM per valutare, con approccio di espressione genica/microRNA globale, nuovi meccanismi di azione non ancora conosciuti. La(e) molecola(e) che, da sola o in combinazione, abbiano dimostrato gli effetti più significativi, verranno saggiate in vivo utilizzando un modello murino di animali con espressione inducibile di JAK2V617F (KI) nelle cellule emopoietiche. Si indagheranno gli effetti ematologici, si valideranno i bersagli terapeutici, e si effettueranno studi di espressione genica per identificare modificazioni complesse risultanti in vivo dal trattamento con tali farmaci Risultati attesi: identificazione di nuovi farmaci e definizione dei bersagli terapeutici. Sviluppo temporale: mesi 12-48. 2