Akut megakaryocytær leukæmi
AMKL er en undertype af AML, der er karakteriseret ved unormale megakaryoblaster, der udtrykker blodpladespecifikt overfladeglykoprotein. Knoglemarvsbiopsi viser ofte omfattende myelofibrose, hvilket ofte gør aspiration hos disse patienter vanskelig. AMKL er sjælden hos voksne og forekommer kun hos 1 % af AML-patienterne, men udgør mellem 4 % og 15 % af AML-tilfældene i barndommen. I pædiatrien er sygdommen opdelt i to store undergrupper: AMKL hos patienter med Downs syndrom (DS-AMKL) og AMKL hos patienter uden Downs syndrom (ikke-DS-AMKL). AMKL er den hyppigste form for AML hos børn med Downs syndrom, og incidensen hos disse patienter er 500 gange højere end i den almindelige befolkning. Somatiske mutationer i GATA1 findes i næsten alle tilfælde af DS-AMKL og går forud for udviklingen af leukæmi, som det fremgår af deres tilstedeværelse hos patienter med forbigående myeloproliferativ sygdom (TMD) i den neonatale periode. Pædiatrisk ikke-DS-AMKL er en heterogen gruppe af patienter, hvoraf en betydelig del bærer chimære onkogener, herunder RBM15-MKL1, CBFA2T3-GLIS2, NUP98-KDM5A og MLL-genomlægninger.
DS-AMKL er forbundet med en hæmatologisk lidelse i spædbarnsalderen, kaldet TMD. Ved denne lidelse ophobes en klonal population af megakaryoblaster i det perifere blod. Disse blaster er fænotypisk ikke til at skelne fra AMKL-leukæmiske blaster, og i de fleste tilfælde er remission spontan inden for 3 måneder i mangel af behandling. I ca. 20 % af TMD-tilfældene vil patienterne udvikle MDS eller AMKL. TMD menes at opstå in utero, da mutationer i GATA1, den genetiske læsion, der er forbundet med TMD, har vist sig at være til stede ved fødslen hos patienter, der led af TMD. Exom-sekventering af TMD har afsløret, at ikke-silente mutationer i disse blaster primært er begrænset til GATA1-genet. I modsætning hertil bærer AMKL-blasts en højere mutationsbyrde med yderligere læsioner i epigenetiske og kinase-signalerende gener, der fører til progression af sygdommen. Samlet set understøtter disse resultater en model, hvorefter TMD-blaster opstår sekundært til GATA1-mutationer, erhverver dette såkaldte første hit og persisterer i knoglemarven. Der kan derefter opstå yderligere læsioner, som giver de samvirkende begivenheder, der er nødvendige for at udvikle fuldblods leukæmi.
GATA-proteinerne er transkriptionsfaktorer, hvoraf tre af dem hovedsageligt udtrykkes i hæmatopoietiske celler (GATA1, GATA2 og GATA3). GATA1 er nødvendig for udviklingen af erytrocytter, megakaryocytter, eosinofile og mastceller. Mutationer, der er påvist hos DS-patienter med AMKL, består af korte deletioner, insertioner og punktmutationer inden for exon 2, der introducerer et for tidligt stopkodon. Dette kortere mutantprotein bevarer evnen til at binde DNA og interagere med sin cofaktor, men mangler det transkriptionelle aktiveringsdomæne og har derfor et reduceret transaktiveringspotentiale. GATA1 er i stand til at aktivere liniespecifikke gener og undertrykke progenitorvedligeholdelsesgener afhængigt af de tilstedeværende cofaktorer. Deregulering af disse mål bidrager til det differentieringsstop, der ses med det afkortede GATA1, som ikke længere er i stand til at transaktivere transkription af linjeartsspecifikke gener. I betragtning af at kun 20 % af TMD udvikler sig til leukæmi, hvad er så de efterfølgende begivenheder eller ændringer, der fremmer den præleukæmiske tilstand til en fuldt transformeret malignitet? Exom- og målrettet sekventering af 46 gener har givet indsigt i dette spørgsmål og identificeret gentagne muterede gener i tre hovedkategorier: kohesin, epigenetiske regulatorer og signalmolekyler. Disse omfatter kohesinkompleksgenerne STAG2, RAD21, SMC3, SMC1A, NIPBL og CTCF; PRC2-kompleksgenerne EZH2 og SUZ12; samt kinaser som JAK1, JAK2, JAK3, MPL, KRAS og NRAS.
t(1;22), som udelukkende ses hos spædbørn med AMKL, fusionerer RBM15 og MKL1. MKL1 er en transkriptionel coaktivator for serumresponsfaktor (SRF), en transkriptionsfaktor, der regulerer ekspressionen af gener, der er involveret i cellevækst, proliferation og differentiering, samt gener, der styrer actincytoskelettet. I ustimulerede celler associerer MKL1 med G-actin-monomerer og holdes tilbage i cytoplasmaet. Efter stimulering og Rho-medieret actinpolymerisation udtømmes G-actinpuljerne, og MKL1 translokaliseres til kernen og associeres med SRF for at aktivere gentranskriptionen. RBM15 koder for et protein, der indeholder tre N-terminale RNA-genkendelsesmotiver, der binder til nukleinsyrer, og et Spen paralogue and orthologue C-terminalt (SPOC) domæne, som menes at interagere med SMRT- og NCoR corepressorkomplekserne samt RBPJ, en transkriptionsfaktor nedstrøms for Notch-signalering. Fusionen af MKL1 med RBM15 deregulerer den normale intracellulære lokalisering af MKL1, således at den bliver konstitutivt lokaliseret til kernen, hvilket resulterer i SRF-aktivering, selv i fravær af stimuli. Ud over SRF-transkriptionsprogrammet aktiverer fusionen også RBPJ-transkriptionelle mål på fejlagtig vis. Selv om begge transkriptionsprogrammer er blevet vist at være dereguleret af fusionsgenet, er det stadig uklart, i hvilken grad de bidrager til transformationen.
Selv indtil for nylig var den genetiske ætiologi af ikke-DS-AMKL, med undtagelse af RBM15-MKL1-fusionen, forblevet uopklaret. Transkriptomsekventering af en lille kohorte identificerede en kryptisk inversion på kromosom 16 hos halvdelen af patienterne, som resulterede i en sammenføjning af CBFA2T3, et medlem af ETO-familien af nukleære corepressorer, med GLIS2, et medlem af GLI-familien af transkriptionsfaktorer. Genekspressionsprofilen for CBFA2T3-GLIS2 AMKL adskilte sig fra AMKL-celler, der manglede dette kimære transkript, og fra andre genetiske undertyper af AML hos børn. Desuden gav CBFA2T3-GLIS2-fusionsgenet en dårlig prognose, et resultat, der siden er blevet bekræftet. Ekspression af CBFA2T3-GLIS2 i Drosophila og murine hæmatopoietiske celler inducerer BMP-signalering (bone morphogenic protein), en vej, der ikke tidligere har været involveret i AML, og resulterer i en markant stigning i selvfornyelseskapaciteten hos hæmatopoietiske progenitorer. CBFA2T3-GLIS2-eksprimerende celler forblev vækstfaktorafhængige in vitro og inducerer ikke leukæmi hos mus, hvilket er i overensstemmelse med et krav om kooperative mutationer. Samlet set er den samlede byrde af somatiske mutationer i CBFA2T3-GLIS2-udtrykkende tilfælde lav; flere har imidlertid vist sig at bære læsioner i enten et Janus kinase(JAK)-gen og/eller en somatisk amplifikation af den kritiske region med Downs syndrom på kromosom 21.
Ud over CBFA2T3-GLIS2 bærer ca. 8 % af de pædiatriske ikke-DS-AMKL-tilfælde NUP98-KDM5A-fusionen. NUP98, et medlem af nucleoporin-familien med transaktiveringsaktivitet, fusioneret med KDM5A, en H3K4me3-bindende PHD-finger, blev oprindeligt beskrevet i AML hos voksne. Når dette fusionsonkogen introduceres i murin-knoglemarv, inducerer det et myeloid differentieringsstop, og mus udvikler AML med en gennemsnitlig latenstid på 69 dage. Wang og kolleger påviste, at denne fusion er bundet til H3K4me3-mononukleosomer, hvilket viser, at PHD-fingeren spiller en rolle i målretningen af fusionen til genomet. Interessant nok identificerede mikroarray-analyse flere polycomb-proteiner med H3K4me3-mærker som transkriptionelt opreguleret som reaktion på fusionen, mens husholdningsgener med konstitutive H3K4me3-mærker forblev uændrede. Påvirkede polycomb-mål, der er bekræftet ved kromatinimmunoprecipitation, omfatter gener, der er opreguleret i MLL-rearrangeret leukæmi, såsom HOXA5, HOXA7, HOXA9, HOXA10, MEIS1 og PBX1. Desuden påviser forfatterne en blokering af PRC2-bindingen, det kompleks, der modvirker polycomb-proteiner gennem transkriptionel repression af målgenerne. Derfor er NUP98-KDM5A-fusionen i stand til at forhindre silencing af kritiske transkriptionsfaktorer, der spiller en rolle i opretholdelsen af den hæmatopoietiske progenitorstatus, i lighed med MLL-genomlægninger. Det er derfor måske ikke overraskende, at MLL-AF9- og MLL-AF10-fusionsbegivenheder også er blevet påvist i ikke-DS-AMKL. Da disse læsioner også findes i andre undertyper af AML, er der sandsynligvis yderligere faktorer, der bidrager til udviklingen af megakaryoblastisk sygdom. Samvirkende mutationer, målcellen og mikromiljøet har alle potentiale til at styre lineage under transformationsprocessen.