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Therapy-induced changes in the gene expression profile of patients with hematological diseases
Abstract
La medicina de precision o medicina personaliza ha sufrido una gran revolucion en los ultimos anos. La medicina de precision se caracteriza por el uso de los tratamientos en pacientes que muestran determinados marcadores, evitando asi el uso del mismo tratamiento para todos los pacientes con una determinada enfermedad. De este modo, es necesario evaluar las caracteristicas geneticas, fenotipicas, biomarcadores y aspectos psicosociales, para adecuar las terapias a los pacientes. Su rapida expansion en los ultimos anos se ha basado principalmente en el mejor conocimiento de la salud y de las enfermedades. La mejora en las tecnicas de analisis genetico, en el analisis de datos y en la inteligencia artificial esta permitiendo su desarrollo progresivo en la practica clinica.\nLa medicina de precision aspira a la reclasificacion de las enfermedades heterogeneas mediante el cribado genomico, el analisis mutacional y el descubrimiento de nuevas terapias dirigidas. De esta manera, las nuevas terapias estaran dirigidas a los pacientes que presenten los biomarcadores para los que se ha demostrado la eficacia del tratamiento. Por este motivo, la medicina de precision usa herramientas como la farmacogenomica para su implementacion. La farmacogenomica estudia las bases geneticas de los individuos para optimizar la seleccion del tratamiento. De este modo, busca minimizar los efectos adversos y al mismo tiempo maximizar la eficacia. En los ultimos anos, el termino medicina de precision en cancer (MPC), ha emergido en los pacientes con cancer. La MPC incorpora tanto el cribado, como la monitorizacion para detectar recaidas o progresiones, ademas de aspirar a mejorar la seleccion de las terapias. Alguno de los ejemplos mas destacados son el uso de los inhibidores de la tirosina-quinasa en la leucemia mieloide cronica, consiguiendo una supervivencia global del 85%.\nLa trombocitopenia inmune (PTI) es una enfermedad autoinmune que se caracteriza por una disminucion en el numero de plaquetas ocasionada por una respuesta anormal de los linfocitos T. Las plaquetas son destruidas por los linfocitos y los megacariocitos no pueden recuperar el numero normal de plaquetas. Sus manifestaciones mas caracteristicas es la diatesis hemorragica en forma de petequias y purpuras. La primera linea de tratamiento de esta enfermedad son los corticoides, principalmente prednisona, aunque en ocasiones tambien se usa la dexametasona. Sin embargo, no todos los pacientes responden al tratamiento y por este motivo la esplenectomia es la segunda opcion terapeutica en estos pacientes. El reciente descubrimiento de los agonistas del receptor de la trombopoyetina (TPO-R), ha desplazado a la esplenectomia como farmaco de segunda linea. Actualmente, hay dos farmacos aprobados, romiplostim y eltrombopag. Este ultimo, es un agente mimetico de la trombopoyetina que se une al dominio transmembrana del TPO-R, de este modo no compite con TPO. La interaccion activa la ruta de senalizacion de JAK2, que directamente fosforila STAT, estimulando la megacariopoyesis.\nCon el fin de entender mejor el mecanismo de accion de eltrombopag, se analizo en perfil de expresion genico en enfermos con trombocitopenia inmune, antes y durante el tratamiento. Para ello, se seleccionaron 14 pacientes y se analizo su transcriptoma mediante la metodologia de microarrays. La mediana de edad fue de 78 anos (rango, 35-87 anos); la mediana de plaquetas en el momento basal 14x109/L (rango, 2-68 x109/L). Diez pacientes respondieron a la terapia, 2 recayeron despues de una respuesta inicial y 2 fueron refractarios al tratamiento. Eltrombopag indujo cambios en la hematopoyesis, principalmente diferenciacion megacariocitica, asi como activacion y degranulacion de las plaquetas. Ademas, despues del tratamiento se observo una sobreexpresion de los genes PPBP, ITGB3, ITGA2B, F13A1, F13A1, MYL9 y ITGA2B. Ademas, se observo una sobreexpresion de varios genes regulados por RUNX1, un factor de transcripcion clave en la hematopoyesis, entre los que se encontraban GP1BA, PF4, ITGA2B, MYL9, HIST1H4H y HIST1H2BH. Ademas, los pacientes no respondedores, presentaban una sobreexpresion de BCL-X, y de genes implicados en la eritropoyesis como SLC4A1 y SLC25A39. De esta manera, los estudios del efecto de eltrombopag in vivo, demuestran una sobreexpresion de los genes implicados en la megacariopoyesis, adhesion plaquetaria, degranulacion y agregacion. Por ultimo, los pacientes no respondedores presentaban un importante enriquecimiento del metabolismo del grupo hemo.\nLos sindromes mielodisplasicos (SMD) son un grupo heterogeneo de neoplasias hematologicas que se surgen en la celula madre hematopoyetica con un aumento del riesgo de progresion a LAM. Los SMD se caracterizan por una hematopoyesis clonal e ineficiente, lo que ocasiona un fallo de la medula osea y distintos grados citopenias en sangre periferica. Los SMD presentan un curso clinico muy heterogeneo.\nDado que los SMD son enfermedades muy heterogeneas, es preciso disponer de buenos sistemas de estratificacion pronostica. El IPSS-R (Revised International Prognostic Scoring System), permite determinar el riesgo pronostico de los SMD. Este sistema de clasificacion divide a los pacientes en riesgo: muy bajo, bajo, intermedio, alto o muy alto.\nPor desgracia, no existen aun terapias dirigidas aprobadas para los pacientes con SMD. Actualmente el unico tratamiento curativo en lo SMD es el trasplante alogenico; sin embargo, solo puede ser usado en pacientes jovenes. La FDA ha aprobado varios tratamientos como la lenalidomida en el sindrome 5q-, y la 5-Azacitidina (AZA) y la decitabina en los pacientes de riesgo intermedio y alto.\nEl desarrollo de las tecnicas de secuenciacion de nueva generacion permite el analisis tanto de variantes a nivel de ADN, con una alta sensibilidad, como la cuantificacion de los transcritos expresados. Este estudio se centro en el analisis de las celulas madre hematopoyeticas CD34+, con el objetivo de comparar el perfil mutacional antes y durante el tratamiento. Del mismo modo, secuenciamos el transcriptoma completo. El analisis mutacional no revelo la presencia de diferencias entre las celulas CD34+ y las celulas mononucleadas de la medula osea, mostrando una alta correlacion en la frecuencia alelica observada en ambas poblaciones. El analisis de las celulas CD34+ antes y durante el tratamiento puso de manifiesto la reduccion en la carga alelica en 3 pacientes, todos ellos con mutaciones en TP53. Ademas, 2 mutaciones, en NRAS y KRAS, aparecieron durante el tratamiento, ambas han sido relacionadas previamente con un aumento en el riesgo de transformacion a LAM.\nEl perfil de expresion genico mostro una infraexpresion del complejo ribosomal, que a su vez estaba sobreexpresado en la comparacion con controles sanos. Ademas, AZA indujo la infraexpresion en la traduccion y en el metabolismo del ARN (FDR <0.0001, NES = 5.3 and ES = 0.67). Por otra parte, el tratamiento indujo la activacion del sistema inmune, tanto el relacionado con la respuesta innata como con la adaptativa. Ademas, los genes HOXA6 y HOXA9, relacionados con la leucemogenesis tambien se infraexpresaron por el tratamiento. Estos resultados ponen de manifiesto la afectacion de nuevas rutas biologicas por el tratamiento con AZA, ademas de la disminucion en los clones con mutacion en TP53.\nLos pacientes con SMD de bajo riesgo se asocian con una supervivencia larga ademas de transfusiones de globulos rojos. De este modo, los pacientes que presentan anemia y requieren transfusiones, terminan por tener una sobrecarga ferrica, que reduce su supervivencia. Por este motivo, el tratamiento con quelantes del hierro es de eleccion en estos pacientes. Actualmente, 3 quelantes estan disponibles, deferasirox, deferoxamina y deferiprona. Deferasirox es un farmaco de administracion oral (deferoxamina se administra de forma intravenosa), facilitando asi la adherencia de los pacientes. Ademas, deferasirox presenta menos efectos adversos que deferiprona (agranulocitosis). Deferasirox esta aprobado para su uso en pacientes con SMD que presenten sobrecarga ferrica.\n El tratamiento durante 14 semanas con este quelante produjo cambios en el perfil de expresion de 1.457 genes y en 54 microRNAs. Estos cambios se relacionaron con una infraexpresion de la ruta Nf kB y del interferon gamma. Estos resultados sugieren que ambas rutas pueden ser las responsables de la mejoria a nivel de serie roja observada en estos pacientes. Ademas, la inhibicion del gen NFE2L2/ NRF2, puede desempenar un papel clave en la reduccion de las especies reactivas de oxigeno. Finalmente, el miR-125b, se encontraba sobreexpresado durante el tratamiento con deferasirox. Este microRNA esta involucrado en procesos de inflamacion y podria tener que ver con la estimulacion de la hematopoyesis observada en los pacientes. En resumen, nuestro estudio muestra, in vivo, las modificaciones producidas por deferasirox en los pacientes con SMD de bajo riesgo, y su implicacion en las rutas biologicas, que pueden tener que ver con la mejoria clinica observada en algunos enfermos tratados con este farmaco.