Acute Megakaryocytic Leukemia
AMKL is een subtype van AML dat wordt gekenmerkt door abnormale megakaryoblasten die bloedplaatjesspecifieke oppervlakteglycoproteïnen tot expressie brengen. Beenmergbiopsie toont vaak uitgebreide myelofibrose aan, wat aspiratie bij deze patiënten vaak moeilijk maakt. AMKL is zeldzaam bij volwassenen en komt voor bij slechts 1% van de AML-patiënten, maar omvat tussen 4% en 15% van de AML-gevallen bij kinderen. In de pediatrie wordt de ziekte onderverdeeld in twee grote subgroepen: AMKL bij patiënten met het syndroom van Down (DS-AMKL) en AMKL bij patiënten zonder het syndroom van Down (non-DS-AMKL). AMKL is de meest frequente vorm van AML bij kinderen met het syndroom van Down, en de incidentie in deze patiënten is 500-voudig hoger dan in de algemene bevolking. Somatische mutaties in GATA1 worden in bijna alle gevallen van DS-AMKL gevonden en gaan vooraf aan de ontwikkeling van leukemie, zoals blijkt uit hun aanwezigheid bij patiënten met transiënte myeloproliferatieve ziekte (TMD) in de neonatale periode. Pediatrische niet-DS-AMKL is een heterogene groep patiënten, waarvan een aanzienlijk deel drager is van chimere oncogenen, waaronder RBM15-MKL1, CBFA2T3-GLIS2, NUP98-KDM5A en MLL-genherschikkingen.
DS-AMKL wordt geassocieerd met een hematologische aandoening in de zuigelingenperiode, TMD genoemd. Bij deze aandoening hoopt zich een klonale populatie van megakaryoblasten op in het perifere bloed. Deze blasten zijn fenotypisch niet te onderscheiden van AMKL leukemische blasten, en in de meerderheid van de gevallen is de remissie spontaan binnen 3 maanden na het uitblijven van behandeling. In ongeveer 20% van de TMD-gevallen ontwikkelen de patiënten MDS of AMKL. TMD wordt geacht in de baarmoeder te zijn ontstaan, aangezien mutaties in GATA1, de genetische laesie die met TMD in verband wordt gebracht, bij de geboorte aanwezig bleken te zijn bij patiënten die aan TMD leden. Exoomsequencing van TMD heeft aan het licht gebracht dat niet-onschuldige mutaties in deze blasten hoofdzakelijk beperkt zijn tot het GATA1-gen. AMKL blasten daarentegen dragen een hogere mutatielast, met bijkomende laesies in epigenetische en kinase-signalerende genen die leiden tot progressie van de ziekte. Samen ondersteunen deze bevindingen een model waarbij TMD blasten secundair aan GATA1 mutaties ontstaan, deze zogenaamde first hit verwerven en in het beenmerg persisteren. Vervolgens kunnen bijkomende laesies optreden, die de samenwerkende gebeurtenissen leveren die nodig zijn voor de ontwikkeling van volledige leukemie.
De GATA-eiwitten zijn transcriptiefactoren, waarvan er drie hoofdzakelijk tot expressie komen in hematopoietische cellen (GATA1, GATA2, en GATA3). GATA1 is nodig voor de ontwikkeling van erytrocyten, megakaryocyten, eosinofielen en mestcellen. Mutaties die werden ontdekt bij patiënten met het syndroom van Down met AMKL bestaan uit korte deleties, inserties, en puntmutaties binnen exon 2 die een voortijdig stopcodon introduceren. Dit kortere mutante eiwit behoudt het vermogen om DNA te binden en met zijn cofactor te interageren, maar ontbeert het transcriptionele activeringsdomein en heeft daardoor een verminderd transactiveringspotentieel. GATA1 is in staat om lineage-specifieke genen te activeren en progenitor-onderhoudsgenen te onderdrukken, afhankelijk van de aanwezige cofactoren. De ontregeling van deze doelwitten draagt bij tot de differentiatiestilstand die wordt waargenomen met het afgeknotte GATA1 dat niet langer in staat is de transcriptie van lijnspecifieke genen te activeren. Aangezien slechts 20% van de TMD evolueert naar leukemie, wat zijn dan de opeenvolgende gebeurtenissen of wijzigingen die de preleukemische toestand bevorderen tot die van een volledig getransformeerde maligniteit? Exoom- en gerichte sequenering van 46 genen heeft inzicht in deze vraag verschaft, waarbij recurrente gemuteerde genen in drie grote categorieën werden geïdentificeerd: cohesine, epigenetische regulatoren, en signaalmoleculen. Hiertoe behoren de cohesinecomplexgenen STAG2, RAD21, SMC3, SMC1A, NIPBL en CTCF; PRC2-complexgenen EZH2 en SUZ12; alsmede kinasen zoals JAK1, JAK2, JAK3, MPL, KRAS en NRAS.
t(1;22), dat uitsluitend bij zuigelingen met AMKL wordt gezien, fuseert RBM15 en MKL1. MKL1 is een transcriptionele coactivator voor serum response factor (SRF), een transcriptiefactor die de expressie reguleert van genen die betrokken zijn bij celgroei, -proliferatie en -differentiatie, alsook van genen die het actine-cytoskelet controleren. In niet-gestimuleerde cellen associeert MKL1 met G-actin monomeren en wordt vastgehouden in het cytoplasma. Na stimulatie en Rho-gemedieerde actinepolymerisatie zijn de G-actinepools uitgeput en verplaatst MKL1 zich naar de kern, waar het zich associeert met SRF om gentranscriptie te activeren. RBM15 codeert voor een eiwit dat drie N-terminale RNA herkenningsmotieven bevat die zich binden aan nucleïnezuren en een Spen paraloog en ortholoog C-terminaal (SPOC) domein dat vermoedelijk interageert met de SMRT en NCoR corepressor complexen, alsook met RBPJ, een transcriptiefactor downstream van Notch signalering. De fusie van MKL1 met RBM15 verstoort de normale intracellulaire lokalisatie van MKL1 zodanig dat het constitutief gelokaliseerd wordt in de kern, wat resulteert in SRF activatie, zelfs in afwezigheid van stimuli. Naast het SRF-transcriptieprogramma activeert de fusie ook RBPJ-transcriptiedoelwitten op een abnormale manier. Hoewel is aangetoond dat beide transcriptieprogramma’s door het fusiegen worden ontregeld, is nog onduidelijk in welke mate zij bijdragen aan de transformatie.
Tot voor kort was, met uitzondering van de RBM15-MKL1 fusie, de genetische etiologie van niet-DS-AMKL ongrijpbaar gebleven. Transcriptoom sequencing van een klein cohort identificeerde een cryptische inversie op chromosoom 16 in de helft van de patiënten die resulteerde in de verbinding van CBFA2T3, een lid van de ETO familie van nucleaire corepressoren, met GLIS2, een lid van de GLI familie van transcriptiefactoren. Het genexpressie profiel van CBFA2T3-GLIS2 AMKL was verschillend van dat van AMKL cellen zonder dit chimeer transcript, en van andere genetische subtypes van pediatrische AML. Bovendien gaf het CBFA2T3-GLIS2 fusiegen een slechte prognose, een bevinding die sindsdien werd bevestigd. Expressie van CBFA2T3-GLIS2 in Drosophila en muriene hematopoietische cellen induceert bone morphogenic protein (BMP) signaaltransductie, een pathway die nog niet eerder betrokken was bij AML, en resulteert in een duidelijke toename van het zelfvernieuwend vermogen van hematopoietische progenitors. CBFA2T3-GLIS2-expresserende cellen blijven in vitro afhankelijk van groeifactoren en induceren geen leukemie in muizen, wat consistent is met een vereiste voor coöperatieve mutaties. Over het geheel genomen is de totale last van somatische mutaties in CBFA2T3-GLIS2-klinkende gevallen laag; bij verscheidene gevallen zijn echter laesies in een Janus kinase(JAK)-gen en/of een somatische amplificatie van de kritische regio van het Down-syndroom op chromosoom 21 gevonden.
Naast CBFA2T3-GLIS2 is bij ongeveer 8% van de niet-DS-AMKL-pediatrische gevallen de fusie tussen NUP98 en KDM5A gevonden. NUP98, een lid van de nucleoporinefamilie met transactiveringsactiviteit, versmolten met KDM5A, een H3K4me3-bindende PHD-vinger, werd aanvankelijk beschreven in volwassen AML. Bij introductie in het beenmerg van muizen induceert dit fusie-oncogen een myeloïde differentiatiestilstand en ontwikkelen muizen AML met een gemiddelde latentie van 69 dagen. Wang en collega’s toonden aan dat deze fusie gebonden is aan H3K4me3 mononucleosomen, wat aantoont dat de PHD vinger een rol speelt in de targeting van de fusie naar het genoom. Interessant genoeg bleek uit microarray-analyse dat verschillende polycomb-eiwitten met H3K4me3-markeringen transcriptioneel geüpreguleerd werden in reactie op de fusie, terwijl huishoudgenen met constitutieve H3K4me3-markeringen onveranderd bleven. De polycomb targets die door chromatine immunoprecipitatie werden bevestigd omvatten genen die geüpreguleerd zijn in MLL-gescheiden leukemie zoals HOXA5, HOXA7, HOXA9, HOXA10, MEIS1, en PBX1. Bovendien tonen de auteurs een blokkade aan in PRC2-binding, het complex dat polycomb-eiwitten antagoniseert door transcriptionele repressie van doelgenen. Daarom is de NUP98-KDM5A fusie in staat de silencing te verhinderen van kritieke transcriptiefactoren die een rol spelen in het behoud van de hematopoietische progenitorstatus, vergelijkbaar met MLL-genherschikkingen. Het is dan ook misschien niet verwonderlijk dat MLL-AF9 en MLL-AF10 fusies ook in niet-DS-AMKL zijn aangetroffen. Aangezien deze laesies ook worden aangetroffen in andere subtypes van AML, zijn er waarschijnlijk bijkomende factoren die bijdragen tot de ontwikkeling van megakaryoblastaire ziekte. Samenwerkende mutaties, de doelcel en de micro-omgeving hebben alle het potentieel om de lineage tijdens het transformatieproces te sturen.