Integrative genomic and drug sensitivity profiling of High-Risk Chronic Myeloid Leukemia Patients in the Context of Personalized Medicine

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7263-1
Title: Integrative genomic and drug sensitivity profiling of High-Risk Chronic Myeloid Leukemia Patients in the Context of Personalized Medicine
Author: Awad, Shady
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine
Doctoral Program in Clinical Research
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-05-27
Language: en
Belongs to series: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7263-1
http://hdl.handle.net/10138/329546
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Chronic myeloid leukemia (CML) is an adulthood leukemia that accounts for 15% of all leukemia patients. The hallmark of the disease is the BCR-ABL1 fusion gene. The development of Tyrosine kinase inhibitors targeted therapy has led to dramatic improvement in CML management with the life expectancy of CML patients approaching normal rates. Nevertheless, certain challenges in CML management remain unmet. CML progression from the chronic phase (CP) to the blast phase (BP) occurs in 5% of CML patients and is associated with dismal survival. Additionally, a minority of CML patients express p190-BCR-ABL1 isoform, which is associated with inferior treatment responses. Characterization of the mechanisms underlying the pathogenesis of high-risk CML is warranted to enable optimization of the therapeutic approaches for these patients. We aimed to investigate the role of mutations at different phases of CML, and to identify genetic biomarkers that allow better risk assessment and optimization of CML management. Furthermore, we integrated genetic and drug sensitivity profiling to identify effective drugs in a personalized medicine approach. In study I, we applied comprehensive sequencing techniques to a cohort of 59 CML patients, including 19 BP and 40 CP patients. In comparison to CP, BP patients demonstrated higher mutational load and were associated with recurrent mutations involving ABL1, ASXL1, and RUNX1 genes. Fusion genes were also identified as recurrent genetic abnormalities in BP patients. Cancer-associated gene mutations correlated with inferior treatment outcomes in CP patients. Finally, we presented two BP patients who were managed using a personalized approach and achieved good responses, highlighting the potential power of this strategy in BP management. In study II, RUNX1 was selected as an example driver mutation in CML progression. RUNX1 mutations were identified in 35% of patients. We also identified mutagenic AID/RAG axis activity which was specific to RUNX1-mutated patients. RUNX1-mutated BP patients demonstrated the overexpression of lymphoid transcription factors as well as aberrant expression of lymphoid antigens (CD19/CD7). We identified targeted therapies with enhanced sensitivities in RUNX1-mutated blasts. We further used CRISPR/Cas9 gene editing to model RUNX1 mutations in cell lines. Finally, we demonstrated the efficiency of CD19 CAR T-cell immunotherapy in targeting RUNX1-mutated blasts. In study III, we performed genomic and phosphorylation profiling for four p190-CML patients and validated findings in two progenitor cell lines (Ba/f3 and HPC-LSK). We demonstrated novel evidence for the p190-specific activation of IFN/JAK1/STAT1 pathway in CML. Other important signaling pathways included Src and PAK1 signaling. We also identified novel p190-specific drug vulnerabilities. Finally, we validated these findings in a cohort of Ph+ ALL patients. In conclusion, our study provides novel insights into the molecular pathogenesis of high-risk CML patients, including BP-CML and p190-CML patients. We identified potential biomarkers, which can be involved in the risk-assessment of CML. Integration of genetic and drug screening data enabled the identification of promising drug candidates. Taken together, we highlighted the potential value of the personalized medicine approach for optimizing the management of high-risk CML patients.Krooninen myelooinen leukemia (KLM) on aikuisiän leukemia, jota tavataan 15 %:lla leukemiapotilaista. Taudin tunnusmerkki on fuusiogeeni BCR-ABL1. Tyrosiinikinaasinestäjälääkkeiden kehittäminen on merkittävästi parantanut KML:n hoitomahdollisuuksia. Silti KML:n hoidossa on yhä tiettyjä haasteita. 5 %:lla potilaista KML etenee kroonisesta vaiheesta (KV) blastikriisiin (BK), jossa eloonjäämisennuste on huono. Lisäksi pienellä osalla KML-potilaista esiintyy p190-BCR-ABL1-proteiinia, joka on yhdistetty heikompaan hoitovasteeseen. Näiden potilaiden hoidon optimoimiseksi on tarpeen määrittää korkean riskin KML:n patogeneesimekanismit. Pyrimme tutkimaan mutaatioiden roolia KML:n eri vaiheissa ja tunnistamaan geneettisiä biomarkkereita, jotka mahdollistavat paremman riskinarvioinnin ja täsmähoidon. Tutkimuksessa I sovelsimme kattavia sekvensointitekniikoita 59 KML-potilaan kohorttiin (19 BK-potilaita ja 40 KV-potilaita). BK-potilailla mutaatiotaakka oli KV-potilaita suurempi. KV-potilailla syöpään liittyvät geenimutaatiot korreloivat heikomman hoitovasteen kanssa. Lopuksi esittelimme kaksi yksilöityä täsmähoitoa saanutta BK-kriisipotilasta, joiden hoitovaste oli hyvä, mikä tuo esiin täsmähoidon mahdollisuudet BK:n hoidossa. Tutkimuksessa II valitsimme RUNX1-mutaation esimerkiksi KML:n etenemisen mutaatiosta. RUNX1-mutaatioita havaittiin 35 %:lla potilaista. Näillä potilailla havaittiin mutageenista AID/RAG-akselin aktiivisuutta ja lymfaattisten transkriptiotekijöiden yli-ilmentymistä. Määritimme kohdennettuja hoitomuotoja ja CD19-antigeeniin kohdistuvan CAR-T-soluhoitoa, jotka kohdistuvat tehostetusti RUNX1-mutatoituneisiin blasteihin. Tutkimuksessa III toteutimme genomi- ja forsforylaatioprofiloinnin p190-KML-potilaalle, ja löydökset validoitiin kahdessa kantasolulinjassa. Esitimme uutta näyttöä p-190-spesifisestä IFN/JAK1/STAT1-signalointireitin aktivoitumisesta KML:ssa. Muita tärkeitä signalointireittejä olivat Src- ja PAK1-signalointi. Havaitsimme myös uusia p190-spesifisiä lääkeherkkyyksiä. Tutkimuksemme antaa uutta tietoa molekyylipatogeneesista korkean riskin KML-potilailla, mukaan lukien BK- ja p-190-potilaat. Geneettisten ja lääkeseulontatietojen sisällyttäminen tutkimukseen mahdollisti lupaavien biomarkkereiden ja lääkevaihtoehtojen tunnistamisen. Kaiken kaikkiaan tutkimuksemme toi esiin yksilöllisen täsmähoidon mahdollisuudet korkean riskin KML:n hoidossa.
Subject: medicine
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
adnan-awad_shady_dissertation_2021.pdf 15.47Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record