LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA

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1 LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA Disordine proliferativo delle cellule staminali emopoitiche Decorso clinico ben caratterizzato da una fase cronica e una acuta (crisi blastica) Una anomalia cromosomica definita: Cromosoma di Philadelphia (Ph) Trascritto BCR/ABL ad attività tirosin chinasica che causa la trasformazione di un progenitore emopoietico in un clone neoplastico

2 LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA ESPANSIONE DELLA POPOLAZIONE EMOPOIETICA ALTERAZIONE DELLE POPOLAZIONI: MIELOIDE, ERITROIDE, MEGACARIOCITICA, LINFOIDE B, LINFOIDE T? CARATTERIZZATA DA UNA FASE CRONICA E UNA CRISI BLASTICA

3 Leucemia Mieloide Cronica un modello di studio per la cura delle patologie 1845 Descrizione della patologia (Bennett (GB), Virchow (G) 1960 Osservazione della correlazione tra la LMC e il cromosoma Ph (Nowell e Hungerford) 1973 Caratterizzazione della traslocazione 9;22 (Rowley) 1983 caratterizzazione del trascritto BCR/ABL 1990 dimostrazione nell animale della capacità ddel trascritto BCR/ABL di indurre leucemia (Baltimore) 1998 sviluppo del farmaco

4 Leucemia mieloide cronica: storia della terapia Fino agli anni 80 la chemioterapia conteneva la malattia senza ottenere mai guarigione neanche sporadica Negli anni 80 un significativo miglioramento si ottiene con l uso dell IFN-a, circa il 20% di remissioni prolungate e rare guarigioni Unica terapia eradicante: il trapianto di midollo allogenico Da fine anni 90 imatinib inibitore specifico del trascritto BCR/ABL (tirosin kinasi)

5 Come si fà la diagnosi di leucemia mieloide cronica Emocromo: aumento del numero dei globuli bianchi, alterazione del numero delle piastrine, riduzione emoglobina Formula leucocitaria: presenza in circolo dei precursori mieloidi Mielobiopsia: aumento della granulopoiesi Citogenetica BIOLOGIA MOLECOLARE

6 LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA DISORDINE MIELOPROLIFERATIVO CRONICO CRISI BLASTICA

7 LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA DECORSO CLINICO: FASI Fase cronica Fasi avanzate Fase accelerata Crisi blastica Mediana 5 6 anni Mediana 6-9 mesi Mediana 3 6 mesi

8 CROMOSOMA Ph + : TRASLOCAZIONE t(9;22) 9 9 (q+) (q-) - Ph bcr bcr-abl abl Proteina di fusione con attività tirosinachinasica leucemogenica

9 BCR-ABL: gene structure 9 9 (q+) 22 Ph (22q-) Bcr gene Bcr-Abl Abl gene

10 BCR-ABL: breakpoints p190 p210 p230 In molti pazienti con LMCr ed in un terzo dei pazienti con LAL il break si realizza entro una zona definita: major breakpoint cluster region (M-bcr) Negli altri pazienti con LAL e più raramente nelle LMCr il break si realizza entro una zona definita: minor breakpoint cluster region (m-bcr) E stata identificata una terza breakpoint cluster region (μ-bcr)

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13 Bcr-Abl activated signaling pathways Three major mechanism have been implicated in the malignant transformation induced by Bcr-Abl : Alterated adhesion properties Activation of mitogenic signaling such as: RAS pathway MAP (mitogen-activated protein) kinase pathways JAK-STAT pathway PI3 kinase pathway Myc pathways Inhibition of apoptosis A fourth possible mechanism is the proteasome-mediated degradation of ABL inhibitory proteins

14 MECCANISMI DI AZIONE DELLA PROTEINA CHIMERICA BCR/ABL Alterata adesione allo stroma (alterazione delle integrine) Attivazione segnali di proliferazione cellulare (espressione di c-myc, attivazione JAK, STAT1, STAT5, P I3..) Riduzione dell apoptosi (attivazione gene RAS)

15 PROBABILITY OF RELAPSE AFTER ALLOGENEIC AND SYNGENEIC TRANSPLANTS From: Appelbaum FR. Nature 2001 ; 411:386.

16 DLI Clinical Results DISEASE N PTS STUDIED N PTS ASSESSED COMPL. RESPONSES N % CML - Cytog relapse CML - Hemat relapse CML Accel phase CML Blast crisis AML ALL MDS LNH MM Other Da: Collins RH et al. J Clin Oncol 1997;15:433.

17 DLI FOR UNRESTRICTED EBV+ PROLIFERATIONS IN POST- ALLOGRAFTING RECIPIENTS

18 BCR-ABL: attività oncogenica Il gene BCR-ABL anomalo produce una proteina (tirosin chinasi), Bcr-Abl, che è responsabile della trasformazione maligna delle cellule staminali emopoietiche Sono coinvolti in questa trasformazione almeno tre importanti meccanismi: Alterazione delle proprietà di adesione Attivazione di segnali mitogenici Inibizione dell apoptosi

19 Meccanismo d azione dell Imatinib ALL ALL Imatinib-mesylate è un inibitore selettivo della proteina tirosinchinasi associata al BCR-ABL Inibisce la crescita delle cellule BCR-ABL+ inducendo l apoptosi e bloccandone la proliferazione

20 Segnale Bcr-Abl Il dominio chinasico attiva il substrato fosforilandolo Substrato Il substrato attivato innesca una cascata di trasduzione del segnale che porta a proliferazione cellulare e sopravvivenza Bcr-Abl ADP P P P P ATP Effettore P P P Segnale

21 Imatinib Mesilato: Meccanismo di azione L Imatinib mesilato occupa il sito di legame dell ATP della chinasi Abl Bcr-Abl Tale legame inibisce la fosforilazione del substrato e la conseguente trasduzione del segnale Inibizione della proliferazione cellulare e della sopravvivenza Imatinib mesylate P ATP P P P SIGNALING

22 Inibizione della attività della TK: Nessun effetto sui progenitori normali Eliminazione delle cellule leucemiche CML cells BCR/ABL Progenitori normali Apoptosi

23 Proportion of Patients Who Responded Proportion of Patients Who Responded Gleevec : Rapid Hematologic and Cytogenetic Response Chronic Phase CML Time to MCR CCR Accelerated Phase CML Time to Hematologic response (400 mg CHR (400 mg) Hematologic response (600 mg CHR (600 mg) Months Since Start of Treatment Months Since Start of Treatment MCR = major cytogenetic response; CCR = complete cytogenetic response; CHR = complete hematologic response.

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25 Potential mechanisms of Gleevec resistance

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30 LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA Bocchia M et al: IMMUNOTERAPIA Effect of a p210 multipeptide vaccine associated with imatinib or interferon in patients with chronic myeloid leukaemia and persistent residual disease: a multicentre observational trial. 1: Lancet Feb 19-25;365(9460):

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32 BCR-ABL gene Normal BCR and ABL proteins p190 p210 p230 Various aberrant BCR-ABL

33 Abelson (ABL1) Gene Abelson gene is found on chromosome 9 and is a 145-kd protein, that encodes Abl protein ubiquitously expressed (both in nucleus and cytoplasm) The Abl protein is a tirosine kinase, which is an enzyme that phosporylates (add phosphatase group to) the amino acid tysosine within a target protein. The kinase activity of ABL is under tight control The functions of Abl protein are diverse and include: the regulation of the cell cycle (when located in the nucleus) transduction of signals from cell-surface growth factor and adhesion receptors to regulate cytoskeletal structure (when located in cytoplasm) and signals Deininger, M. W. N. et al. Blood 2000;96:

34 BCR-ABL gene BCR-ABL gene produceds an abnormal tyrosine kinase protein, Bcr- Abl, which is responsible for malignant transformation in hematopoietic stem cells The Bcr-Abl protein is present only in the cytoplasm The key to the oncogenic activity of Bcr-Abl protein is the normally regulated tyrosine kinase activity of Abl is constitutively active, meaning that phosphorylation of various protein substrates continues in excessive and uncontrolled way Bcr-Abl binds to and aberrantly phosphorylates several intracellular protein resulting in the excessive activation of many signaling pathway within the cells

35 Biological proprieties of p190 and p210

36 Model of BCR-ABL function

37 B BCR-ABL Simplified Version Qualitative Assay Design Nucleus fusion gene 5' gene BCR gene ABL Protease Inhibitor Cocktail bead bead BCR ANTIBODY CONJUGATED CBA BEAD transcription translation cell lysate CAPTURE OF FUSION PROTEIN B A Cytoplasm Fusion protein bead DETECTION OF PE-ABL ANTIBODY IN CANTO

38 Count Count Count Count A. BCR-ABL negative patient B. BCR-ABL positive patient bcr/abl-pe bcr/abl-pe C. Negative control D. Positive control bcr/abl-pe bcr/abl-pe Figure 1. Detection of the BCR-ABL fusion protein with the flow cytometric immunobead assay. (A) Cell lysate from a patient negative for the BCR-ABL transcript but positive for the t(15;17) transcript. (B) Cell lysate from a patient positive for the BCR-ABL transcript. (C) Cell lysate from normal peripheral leukocytes. (D) Cell lysate from the BCR-ABL positive K562 cell line.

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41 EBV-Induced Cancer Cycle and Therapeutic Approaches. Dharnidharka VR, Mohanakumar T. N Engl J Med 2015;372: