Functional molecular precision medicine for acute myeloid leukemia

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6945-7
Title: Functional molecular precision medicine for acute myeloid leukemia
Author: Malani, Disha
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute for Molecular Medicine Finland (FIMM), a HiLife unit
Doctoral Programme in Biomedicine
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-02-05
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6945-7
http://hdl.handle.net/10138/324932
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Acute myeloid leukemia (AML) is an aggressive and heterogeneous malignancy of the hematopoietic system. This thesis explores functional precision medicine approaches to target subsets of AML, in vitro, ex vivo and in the clinic. The experimental strategies focused on high-throughput drug sensitivity and resistance testing (DSRT), exome and RNA-sequencing. The real-time implementation of molecular and functional data for relapsed and refractory patients highlighted the opportunities of future individually tailored therapies in AML. We investigated the functional and molecular basis of cytarabine resistance to identify the molecular mechanisms of resistance and drugs that overcome the resistance. Cytarabine resistant AML cell lines MOLM-13 and SHI-1 variants were generated by long-term culturing. The cells were subjected to genomic sequencing, gene expression profiling and DSRT along with AML patient samples. We found a marked increase in glucocorticoid sensitivity in SHI-1 cytarabine resistant variants and in two AML patients treated with cytarabine-based regimens. Analysis of a larger set of relapsed or refractory AML patient samples revealed wild type FLT3 was significantly associated with sensitivity to glucocorticoids. The finding suggests glucocorticoids could be an effective class of drugs for a subset of cytarabine resistant AML patients with wild type FLT3 gene. We sought to identify drugs showing the discrepancy in responses between cell lines and patient samples, and potential drug sensitivity biomarkers. The drug responses, exome and RNA sequencing data were analyzed from 45 AML patient samples and 28 AML cell lines. Dasatinib, a multi tyrosine kinase inhibitor, was observed as one of the drugs with remarkably high sensitivity in the patient samples compared to the established cell lines. The upregulation of the KIT pathway was significantly associated with ex vivo dasatinib efficacy. The KIT pathway upregulation and ex vivo dasatinib sensitivity were found to be correlated with clinical response to dasatinib in three AML patients. Our results warrant testing dasatinib in a clinical trial for the AML patients with ex vivo dasatinib sensitivity and gene expression-based KIT pathway upregulation. A real-time precision systems medicine strategy was applied to identify targeted therapeutic options and biomarker associations in 252 samples from 186 AML patients. The integration of molecular profiling and DSRT data revealed ex vivo drug efficacies and underlying mutations and gene expression biomarkers for the subsets of AML patient samples. We developed a multidisciplinary functional precision medicine tumor board (FPMTB) to guide clinical therapy decisions for chemorefractory and recurrent (R/R) AML patients in a prospective real-time non-randomized clinical study. Our data suggest that functional precision medicine could have clinical utility, although it needs supportive evidence from formal prospective clinical trials. This thesis highlights novel avenues to define therapeutic opportunities for specific molecular subgroups of adult AML. The strategies described here could be useful for prioritizing drug development, identifying molecular subsets and drug response biomarkers, defining ideas for clinical trials, as well as the direct implementation of the therapies in individual AML patients in the FPMTB system.Akuutti myelooinen leukemia (AML) on hematopoieettisen järjestelmän aggressiivinen ja heterogeeninen pahanlaatuisuus. Tämä opinnäytetyö tutkii toiminnallisia tarkkuuslääketieteellisiä lähestymistapoja AML: n kohdealaryhmiin in vitro, ex vivo ja klinikalla. Kokeelliset strategiat keskittyivät suuritehoisiin lääkeherkkyyteen ja resistenssitestaukseen (DSRT), eksomiin ja RNA-sekvensointiin. Molekyyli- ja funktionaalisen datan reaaliaikainen käyttöönotto uusiutuneille ja tulenkestäville potilaille korosti mahdollisuuksia tulevaisuudessa yksilöllisesti räätälöityihin AML-hoitoihin. Tutkimme sytarabiiniresistenssin toiminnallista ja molekyylipohjaa tunnistaaksesi resistenssin molekyylimekanismit ja lääkkeet, jotka voittavat resistenssin. Sytarabiiniresistentit AML-solulinjat MOLM-13- ja SHI-1-variantit tuotettiin pitkäaikaisella viljelyllä. Soluille suoritettiin genomisekvensointi, geeniekspressioprofilointi ja DSRT yhdessä AML-potilasnäytteiden kanssa. Löysimme huomattavan lisääntyneen glukokortikoidiherkkyyden SHI-1-sytarabiiniresistenteissä muunnoksissa ja kahdessa AML-potilaassa, joita hoidettiin sytarabiinipohjaisilla hoito-ohjelmilla. Suuremman uusiutuneiden tai tulenkestävien AML-potilasnäytteiden analyysi paljasti villityypin FLT3: n liittyneen merkittävästi herkkyyteen glukokortikoideille. Tulos viittaa siihen, että glukokortikoidit voivat olla tehokas lääkeryhmä sytarabiiniresistenttien AML-potilaiden alaryhmälle, jolla on villityypin FLT3-geeni. Etsimme lääkkeitä, jotka osoittavat eroja solulinjojen ja potilasnäytteiden vasteissa ja potentiaalisissa lääkeherkkyysbiomerkkeissä. Lääkevasteet, exome- ja RNA-sekvensointitiedot analysoitiin 45 AML-potilasnäytteestä ja 28 AML-solulinjasta. Dasatinibi, monityrosiinikinaasin estäjä, havaittiin yhtenä lääkkeistä, joilla oli huomattavan suuri herkkyys potilasnäytteissä verrattuna vakiintuneisiin solulinjoihin. KIT-reitin säätäminen liittyi merkittävästi dasatinibin tehoon ex vivo. KIT-reitin säätelyn ja ex vivo dasatinibiherkkyyden havaittiin korreloivan dasatinibin kliinisen vasteen kanssa kolmella AML-potilaalla. Tuloksemme edellyttävät dasatinibin testaamista kliinisessä tutkimuksessa AML-potilaille, joilla on ex vivo dasatinibiherkkyys ja geeniekspressiopohjainen KIT-reitin säätely. Reaaliaikaista tarkkuussysteemilääketieteen strategiaa sovellettiin kohdennettujen hoitovaihtoehtojen ja biomarkkeriyhdistysten tunnistamiseksi 252 näytteessä 186 AML-potilaasta. Molekyyliprofilointi- ja DSRT-tietojen integrointi paljasti ex vivo lääketehokkuudet ja taustalla olevat mutaatiot sekä geeniekspressiobiomarkkerit AML-potilasnäytteiden osajoukoille. Kehitimme monitieteisen toiminnallisen tarkkuuslääketieteen kasvainkortin (FPMTB) ohjaamaan kemorefraktiivisten ja toistuvien (R / R) AML-potilaiden kliinisiä hoitopäätöksiä prospektiivisessa reaaliaikaisessa ei-satunnaistetussa kliinisessä tutkimuksessa. Tietojemme mukaan funktionaalisella tarkkuuslääkkeellä voi olla kliininen hyöty, vaikka se tarvitsee tukevaa näyttöä virallisista prospektiivisista kliinisistä tutkimuksista. Tämä opinnäytetyö tuo esiin uusia keinoja määritellä terapeuttiset mahdollisuudet aikuisten AML: n spesifisille molekyylialaryhmille. Tässä kuvatut strategiat voivat olla hyödyllisiä lääkekehityksen priorisoimiseksi, molekyyliosien ja lääkevasteen biomarkkereiden tunnistamiseksi, kliinisten tutkimusten ideoiden määrittelemiseksi sekä terapioiden suoraksi toteuttamiseksi yksittäisissä AML-potilaissa FPMTB-järjestelmässä.
Subject: hematology Oncology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
malani_disha_dissertation_2021.pdf 3.322Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record