RICERCA ITALIANA     

Meccanismi di leucemogenesi e terapia target nelle sindromi Mielodisplastiche e nelle Leucemie Acute Mieloidi

Università degli Studi di Genova

Abstract

Le Sindromi Mielodisplastiche (MDS) sono fra i disordini ematologici maligni più frequenti nella popolazione anziana. Le MDS comprendono un eterogeneo gruppo di disordini clonali della cellula staminale emopoietica il cui carattere principale è dato dall'emopoiesi inefficace con conseguente citopenia periferica. Il decorso clinico della malattia si associa ad una significativa morbidità e mortalità, con una tendenza variabile ad evolvere verso una leucemia acuta mieloide secondaria. Le leucemie mieloidi acute (LMA) sono un gruppo eterogeneo di malattie che originano dalla trasformazione neoplastica delle cellule staminali ematopoietiche. Tali cellule neoplastiche proliferano senza differenziarsi o andando incontro ad una differenziazione anomala. MDS e LMA rappresentano due facce di una patologia per molti versi assimilabile. Ben noto è il fatto che entrambe prendano origine dalla trasformazione clonogenica di una cellula staminale emopoietica totipotente. Ammettendo che MDS e LMA rappresentano, in realtà, un’entità sola, dobbiamo immaginare l’esistenza di una alterazione quali-quantitativa di un “primum movens”, responsabile della attivazione o inibizione a cascata che porta ai vari fenotipi neoplastici in considerazione. La maggioranza delle leucemie mieloidi acute, però, non presenta anomalie cromosomiche specifiche. Pertanto ci si propone di meglio caratterizzare la leucemia alla diagnosi analizzando l’espressione di geni che possono avere rilevanza anche nella patogenesi della patologia stessa. Nel questo complesso intrigo di vie che portano tutte alla genesi del fenotipo aberrante, che vanno dall’alterazione della trasduzione del segnale, alla perdita del fisiologico equilibrio apoptosi/proliferazione, sicuramente sono presenti molti protagonisti. Le moderne tecniche di analisi molecolare permettono lo studio di vari geni contemporaneamente in modo da fornire a ciascuna patologia la sua “impronta digitale”. Si cerca, poi, di raggruppare patologie simili in differenti stipiti prognostici in modo da indirizzare le terapie oggi disponibili e quelle che sono in corso di sviluppo al gruppo prognostico, ma potremo dire più precisamente patogenetico, che meglio può beneficiare di tale terapia. Si cercherà di costituire quasi in modo matematico differenti categorie di rischio, cercando di attribuire a ciascun caso sulla base dei risultati ottenuti uno score specifico che potrà indicare in qualche modo il destino della patologia in esame, e indirizzare la terapia. In questo scenario ruolo importante rivestono gli studi volti ad identificare i meccanismi di trasduzione del segnale che fisiologicamente devono portare uno stimolo ricevuto e riconosciuto dalla membrana citoplasmatica al nucleo. Strutture, come i fosfolipidi di membrana da sempre ritenuti meri costituenti architettonici dello scheletro cellulare, svolgono in realtà parte del compito di trasduzione del segnale. Recenti analisi dimostrano come alterazioni a carico di tali costituenti siano rinvenibili in pazienti affetti da sindromi mieloproliferative quali MDS e LMA. In tale contesto la stessa nucleofosmina, proteina di trasporto nucleo-citoplasmatica, normalmente localizzata nel nucleo, concorre alla normale trasduzione del segnale proliferativo e/o differenziativo. Esistono, poi, alcuni geni che sono attualmente oggetto di analisi, la cui funzione è solo quella di sorvegliare il corretto funzionamento di meccanismi di replicazione e maturazione cellulare. Fisiologicamente una cellula che acquisisce errori durante la fase di duplicazione del DNA è destinata ad essere distrutta, attraverso l’accensione di vie metaboliche che portano alla sua definitiva morte. La fine regolazione di tali vie in qualche modo evidentemente va perduta durante i meccanismi di leucemogenesi. Alcune proteine note per far parte della modulazione dell’apoptosi cellulare, sono oggetto di studio sia in MDS che in LMA e si dimostrano implicate nella patogenesi neoplastica. In questa concorrono, poi, altri fattori il cui ruolo non è ancora del tutto noto ma che come, telomerasi e telomeri, probabilmente stanno alla base dell’instabilità genica.
Dal presente programma di ricerca si persegue quanto segue:
- miglioramento della conoscenza dei meccanismi patogenetici alla base di MDS e LMA;
- definizione se quanto ipotizzato, e cioè che MDS e LMA rappresentino una grossa e unica entità nosografica, è realmente attendibile
- valutazione della rilevanza patogenetica dei meccanismi pro e anti-apoptotici, proliferativi e del ruolo giocato dall'anomala trasduzione del segnale nel meccanismo leucemogenico.
- identificazione e costruzione di differenti gruppi prognostici.
- identificazione di geni suscettibili di intervento terapeutico: si prenderanno in considerazione, sulla base dei risultati ottenuti dalle varie analisi, lo sviluppo di nuove molecole terapeutiche. Questa stessa strategia terapeutica potrebbe essere trasferita in pieno all'oncologia solida <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Marco Gobbi Università degli Studi di GENOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Al momento le uniche patologie in cui i meccanismi patogenetici sono noti a punto tale da poter costruire una terapia biologicamente mirata sono la leucemia mieloide cronica e la leucemia promielocitica acuta ( M3 ). Il modello che deriva dallo studio e dalla terapia di queste due patologie non facilmente puo’ essere traslocato alla terapia delle sindromi mielodisplastiche e delle leucemie mielodi acute non M3. Nella stragrande maggioranza dei casi queste, infatti, non presentano anomalie geniche o cromosomiche specifiche tali da fungere da base per successivi sviluppi biologici e terapeutici. La tecnologia moderna mette oggi a disposizione strumenti atti ad analizzare rapidamente e con sufficiente specificità numerosi geni e di valutarne l’impatto della loro espressione sulla patologia stessa. Partendo quindi dai fortunati modelli su esposti i concetti moderni di terapia antineoplastica non possono prescindere dall’identificazione di target specifici. Definiamo target qualsiasi anomalia genica o proteica che è responsabile dello sviluppo della patologia stessa. Colpire questo target corrisponde pertanto ad eliminare la patologia. In corso di MDS e LMA purtroppo manca il target facilmente identificabile di cui, invece, sono provviste le esposte patologie “modello”. Solo recentemente alcune anomalie geniche sono state identificate come possibili eventi biologici importanti nel processo di leucemogenesi. Le nozioni che arrivano giornalmente da svariati laboratori forniscono informazioni che ancora necessitano di una messa a punto e di una decisiva prova del ruolo da questi giocati nella patogenesi della malattia. Certo è che la dimostrazione nella LMC che la proteina chimerica Bcr/abl è in grado da sola di indurre malattia in animali da esperimento, rappresenta la prova decisiva del ruolo patogenetico e, per ciò, rappresenta il target ideale su cui costruire una terapia mirata.
Considerare LMA e MDS alla stessa stregua ha un senso in quanto molteplici sono i punti in comune dal punto di vista clinico ed eziologico. Se, poi, consideriamo che leucemie mieloidi acute ( LMA )può rappresentare la possibile evoluzione di tutte le sindromi mielodisplastiche ( MDS ), ipotizzare aspetti patogenetici comuni è del tutto plausibile. Ragionando per gradi il meccanismo clonogenico nasce dalla perdita dell’ equilibrio tra stimoli proliferativi e stimoli apoptotici, o meglio dalla perdita della modulazione e del controllo di questi. Se ammettiamo che MDS e LMA rappresentano, in realtà, un’entità sola, dobbiamo immaginare l’esistenza di un continuum di alterazione delle due suddette vie, che vanno da un minimo deficit proliferativo e/o differenziativo alla completa perdita dei suddetti controlli. In questo ampio ventaglio di possibilità si dovrebbero andare a porre tutte le entità nosologiche appartenenti a MDS e a LMA oggi note. Dobbiamo pertanto immaginare anche l’esistenza di una alterazione quali-quantitativa di un “primum movens”, responsabile della attivazione o inibizione a cascata che porta ai vari fenotipi neoplastici in considerazione. Evidentemente in assenza di markers specifici solamente l’analisi di numerosi casi e di numerosi geni in contemporanea può portare anche solo in maniera indiretta ad identificare la proteina e di conseguenza il gene responsabile di tutto ciò. Pertanto l’analisi dettagliata di varie vie metaboliche e combinata di diversi geni può portare alla ricostruzione, magari in via solamente intuitiva, delle vie che portano alla leucemia. Nel corso di questo viaggio ci si può imbattere in eventi cruciali nel processo clonogenico. Ben nota è la rilevanza prognostica di nucleofosmina, certa è la rilevanza di Flt-3 e delle sue mutazioni nel determinare la sopravvivenza libera da malattia in LMA. Consci però della difficoltà dell’identificazione di un target unico, raccogliere più informazioni su vie metaboliche differenti, ci può consentire di cambiare atteggiamento: non una terapia mirata come un antibiotico o come Imatinib in LMC ma una strategia simile a quella attuata per la terapia della infezione da HIV. Pertanto la quanto più dettagliata possibile conoscienza dei meccanisnmi di leucemogenesi da una parte può indirizzare all’uso razionale di molecole attualmente in via di sprimentazione come inibitori specifici di WT-1, di Bcl-2, di Flt-3 e quantaltro, dall’altra la applicazione di tale metodo di studio a coorti di pazienti storiche può consentire una corretta stratificazione prognostica e può indirizzare la scelta della terapia. Da tale modello può, poi, derivare l’identificazione di alterazioni biologiche utilizzabili come marcatori di malattia minima residua. Lo studio della malattia minima residua è l’analisi del residuo subliminale di neoplasia che sopravvive alle terapie oggi in uso che può essere responsabile della ripresa di malattia. Anticipare l’esplosione neoplastica utilizzando marcatori specifici di malattia minima residua può indirizzare verso l’uso di terapie alternative e/o terapie ad alte dosi. <<<

Risultati parziali attesi

In sunto dal presente programma di ricerca ci si attende quanto segue:
- miglioramento della conoscenza dei meccanismi patogenetici alla base di MDS e LMA;
- definizione se quanto ipotizzato, e cioè che MDS e LMA rappresentino una grossa e unica entità nosografica, è realmente attendibile. Da ciò, si ricorda, ne deriverebbe la necessità di rivedere i criteri classificativi; peraltro a questa concezione sono ispirati le rivisitazioni classificative recentemente proposte per le MDS;
- valutazione della rilevanza patogenetica dei meccanismi pro e anti-apoptotici, proliferativi e del ruolo giocato dall'anomala trasduzione del segnale nel meccanismo leucemogenico. Si ricorda all'uopo, che la costruzione di un modello di oncogenesi, potrebbe essere utile anche per l'approfondimento delle conoscenze riguardanti l'oncologia solida, ove, per ovvi motivi, ben più difficoltosa è la possibilità di analisi. Costruire un modello di patogenesi, consentirebbe di identificare momenti cruciali nella genesi della disregolazione cellulare. Questa esperienza potrebbe essere trasferita in oncologia solida e potrebbe rappresentare il punto di ancoraggio per nuovi studi e per lo sviluppo di terapie target di più ampia applicabilità;
- identificazione e costruzione di differenti gruppi prognostici. Nell'utopica visione di rivisitare i sistemi classificativi, in realtà, ciascun nuovo gruppo prognostico dovrebbe rappresentare una autonoma nuova entità nosografica. Si valuterà quale profilo genico rappresenti un fattore prognostico di maggior rilievo, cercando poi di escludere dall'analisi alterazioni di scarso peso e di trascurabile ruolo prognostico. Tutto ciò al fine di semplificare lo studio e rendere possibile la strategia diagnostica non solo a pochi centri di alta specializzazione, ma a tutto il territorio. L'intento è di concorrere alla razionalizzazione del servizio sanitario e ad un più completo utilizzo delle risorse disponibili;
- identificazione di geni suscettibili di intervento terapeutico: dapprima si cercherà di sfruttare quanto già disponibile e si valuteranno fattibilità e arazionale. In un secondo momento si prenderanno in considerazione, sulla base dei risultati ottenuti dalle varie analisi, lo sviluppo di nuove molecole terapeutiche, nell'intento di attaccare, quantomeno, la patologia su diversi fronti,e di riportare il quadro al normale stato fisiologico. Questa stessa strategia terapeutica potrebbe essere trasferita in pieno all'oncologia solida, considerando che è lecito aspettarsi diversi punti di contatto con l'oncoematologia. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le Sindromi Mielodisplastiche (MDS) sono fra i disordini ematologici maligni più frequenti nella popolazione anziana. Le MDS comprendono un eterogeneo gruppo di disordini clonali della cellula staminale emopoietica il cui carattere principale è dato dall'emopoiesi inefficace con conseguente citopenia periferica. Il decorso clinico della malattia si associa ad una significativa morbidità e mortalità, con una tendenza variabile ad evolvere verso una leucemia acuta mieloide (LMA) secondaria. Le MDS riconoscono una patogenesi multistep che coinvolge non solo alterazioni legate al microambiente midollare (modificazione della risposta infiammatoria pro-apoptotica mediata da citochine; ridotta efficienza dei meccanismi immunologici di controllo) ma anche alterazioni genetiche (anomalie citogenetiche e molecolari) ed epigenetiche (ipermetilazione di geni regolatori il ciclo cellulare con conseguente soppressione trascrizionale e “silenziamento” genico). Una diagnosi precisa e soprattutto l’identificazione di fattori prognostici all’esordio sono in grado di predire il decorso naturale della malattia e sono determinanti nella definizione della strategia terapeutica. L’ “International Prognostic Scoring System” (IPSS) è il sistema di staging prognostico più utilizzato e si basa essenzialmente su tre parametri: la percentuale di blasti midollari, il grado e il numero di citopenie periferiche e le alterazioni del cariotipo. Si distinguono quattro categorie di rischio: low (score = 0), intermediate-1 (score 0.5-1), intermediate-2 (score 1.5-2), high (score &gt; 2.5). Le strategie terapeutiche adattate al rischio comprendono: terapie intensive, generalmente impiegate nei pazienti ad alto rischio (IPSS &gt; 1) o terapie di supporto, indicate per i pazienti a basso rischio (IPSS &lt; 1). Gli approcci terapeutici intensivi possono includere trattamenti chemioterapici simili a quelli utilizzati per le LMA o trattamenti mieloablativi seguiti dal trapianto di cellule staminali autologhe o allogeniche. Le terapie di supporto (trasfusioni, fattori di crescita) migliorano in parte la qualità di vita dei pazienti, sono spesso gravate da complicanze, da danno d’organo legate al sovraccarico marziale ma, soprattutto, non sono in grado di modificare il decorso naturale della malattia.
Le leucemie mieloidi acute (LMA) sono un gruppo eterogeneo di malattie che originano dalla trasformazione neoplastica delle cellule staminali ematopoietiche.
Tali cellule neoplastiche proliferano senza differenziarsi o andando incontro ad una differenziazione anomala.
Le cellule leucemiche hanno una velocità di crescita mitotica più lenta di quella delle cellule normali. Attualmente non sono completamente note le ragioni per cui viene soppressa l'emopoiesi normale; molto semplicemente tale deficit può essere ricondotto ad una insufficiente produzione di stimolatori della crescita cellulare o alla liberazione di inibitori della proliferazione e differenziazione delle cellule emopoietiche normali .
Nello sviluppo di un clone leucemico, un ruolo non trascurabile viene svolto dai fattori di crescita e dalla produzione degli stessi nel microambiente midollare. Le cellule leucemiche possono conservare la sensibilità alla stimolazione da parte dei normali fattori di crescita.
Gli oncogeni cellulari, espressi nelle stesse cellule leucemiche, possono inoltre codificare per i recettori dei fattori di crescita o per proteine che agiscono come segnali di trasduzione dei fattori di crescita dalla membrana della cellula al nucleo della stessa.
I progenitori dei granulociti e dei macrofagi presenti nel midollo osseo di soggetti normali, posti in coltura in presenza di fattori di crescita, formano delle colonie. Invece nei pazienti con LAM, le cellule midollari sono capaci di produrre in vitro soprattutto dei "cluster", piccoli aggregati di poche cellule (30, 40 elementi) e un ridotto numero di colonie (quando presenti).
La progressione di una leucemia acuta dipende non solo dalla presenza e dalle caratteristiche cinetiche della cellule staminali emopoietiche trasformate, ma anche dall'interazione di vari fattori umorali (citochine) e microambiente.
Queste cellule immature si accumulano inizialmente nel midollo osseo inibendo la normale ematopoiesi, circolano nel sangue periferico ed infiltrano anche tessuti viscerali come fegato, milza, polmoni e cute.
Nonostante i notevoli progressi ottenuti negli ultimi due decenni nel trattamento convenzionale e trapiantologico delle LMA, una consistente percentuale di pazienti che ottengono la remissione clinica completa, va incontro a recidiva neoplastica in un periodo variabile di tempo.
MDS e LMA rappresentano due facce di una patologia per molti versi assimilabile. Ben noto è il fatto che entrambe prendano origine dalla trasformazione clonogenica di una cellula staminale emopoietica totipotente. Quali siano i meccanismi che portano all’espressione fenotipica di MDS o LMA è del tutto ignoto. Peraltro alcune anomalie cromosomiche o geniche si riscontrano con una relativa frequenza in entrambe patologie. Partendo da tali alterazioni si sta cercando di risalire al meccanismo patogenetico che porta al fenotipo neoplastico. Questa mole di studi ha portato ad una revisione della classificazione delle MDS e va verso un inquadramento più prognostico che meramente morfologico delle LMA, facendo ovviamente riferimento a fenotipi non M3. Questa rivisitazione patogenetica sta conducendo all’identificazione di geni chiave nel meccanismo clonogenico che potranno rappresentare, eventualmente, bersagli di terapie mirate. In questo scenario ruolo importante rivestono gli studi volti ad identificare i meccanismi di trasduzione del segnale che fisiologicamente devono portare uno stimolo ricevuto e riconosciuto dalla membrana citoplasmatica al nucleo. Strutture, come i fosfolipidi di membrana da sempre ritenuti meri costituenti architettonici dello scheletro cellulare, svolgono in realtà parte del compito di trasduzione del segnale. Recenti analisi dimostrano come alterazioni a carico di tali costituenti siano rinvenibili in pazienti affetti da sindromi mieloproliferative quali MDS e LMA. In tale contesto la stessa nucleofosmina, proteina di trasporto nucleo-citoplasmatica, normalmente localizzata nel nucleo, concorre alla normale trasduzione del segnale proliferativo e/o differenziativo. Le mutazioni che frequentemente si riscontrano in LMA e che probabilmente possono giocare un ruolo patogenetico importante anche in MDS rendono ragione della mancata capacità differenziativa, più o meno accentuata, e della non controllata tendenza proliferativa tipica di LMA e MDS ad alto rischio. A tal proposito si viene a delineare un quadro di patologie via via ingravescenti. A partire da MDS a basso rischio in cui solo accennata è l’alterazione di maturazione e proliferazione, fino a MDS ad alto rischio che, probabilmente, altro non rappresentano se non gli stadi iniziali della LMA in cui del tutto perduta è la capacità differenziativa e del tutto incontrollata è la capacità proliferativa. Certo che in tale scenario un qualche ruolo deve essere pur giocato dai fisiologici meccanismi di controllo della vita cellulare. Esistono alcuni geni che sono attualmente oggetto di analisi la cui funzione è solo quella di sorvegliare il corretto funzionamento di meccanismi di replicazione e maturazione cellulare. Fisiologicamente una cellula che acquisisce errori durante la fase di duplicazione del DNA è destinata ad essere distrutta, attraverso l’accensione di vie metaboliche che portano alla sua definitiva morte. La fine regolazione di tali vie in qualche modo evidentemente va perduta durante i meccanismi di leucemogenesi. Alcune proteine note per far parte della modulazione dell’apoptosi cellulare, sono oggetto di studio sia in MDS che in LMA e si dimostrano implicate nella patogenesi neoplastica. In questa concorrono, poi, altri fattori il cui ruolo non è ancora del tutto noto ma che come, telomerasi e telomeri, probabilmente stanno alla base dell’instabilità genica. Questo potrebbe rappresentare il punto di partenza dell’evoluzione clonale di una cellula staminale emopoietica totipotente, capace di acquisire, proprio perché geneticamente instabile, successive alterazioni geniche, con la possibilità di progredire verso MDS e/o LMA. In questo complesso intrigo di vie che portano tutte alla genesi del fenotipo aberrante, che vanno dall’alterazione della trasduzione del segnale, alla perdita del fisiologico equilibrio apoptosi/proliferazione, sicuramente altri protagonisti sono presenti. Le moderne tecniche di analisi molecolare permettono lo studio di vari geni contemporaneamente in modo da fornire a ciascuna patologia la sua “impronta digitale”. Si cerca, poi, di raggruppare patologie simili in differenti stipiti prognostici in modo da indirizzare le terapie oggi disponibili e quelle che sono in corso di sviluppo al gruppo prognostico, ma potremo dire più precisamente patogenetico, che meglio può beneficiare di tale terapia. Ad esempio in fase di sviluppo è la terapia, per ora rivolta solo a MDS ad alto rischio con agenti demetilanti. Sicuramente analisi molecolari effettuate su pazienti trattati con tali preparati concorreranno a migliorare le conoscenze sulla genesi leucemica. Al momento, tuttavia, a conoscenze ancora superficiali corrispondono terapie per niente orientate. Il trapianto di midollo osseo allogenico, è infatti, per quanto non patogeneticamente orientato e per quanto gravato da tossicità, rappresenta ancora l’unica terapia. Nel tentativo di limitare la sua tossicità sono oggetto di studio polimorfismi genici dei linfociti T che di tale tossicità sono in gran parte responsabili. <<<