Caracterização Hematológica e Imunofenotípica em Pacientes com Leucemia Linfoblástica Aguda

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Caracterização Hematológica e Imunofenotípica em Pacientes com Leucemia Linfoblástica Aguda

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Impact of pretransplant minimal residual disease after cord blood transplantation for childhood acute lymphoblastic leukemia in remission: an Eurocord, PDWP-EBMT analysis

To address the prognostic value of minimal residual disease (MRD) before unrelated cord blood transplantation (UCBT) in children with acute lymphoblastic leukemia (ALL), we analyzed 170 ALL children transplanted in complete remission (CR) after myeloablative conditioning regimen. In all, 72 (43%) were in first CR (CR1), 77 (45%) in second CR (CR2) and 21 (12%) in third CR (CR3). The median interval from MRD quantification to UCBT was 18 days. All patients received single-unit UCBT. Median follow-up was 4 years. Cumulative incidence (CI) of day-60 neutrophil engraftment was 85%. CI of 4 years relapse was 30%, incidence being lower in patients with negative MRD before UCBT (hazard ratio (HR) = 0.4, P = 0.01) and for those transplanted in CR1 and CR2 (HR = 0.3, P = 0.002). Probability of 4 years leukemia-free survival (LFS) was 44%, (56, 44 and 14% for patients transplanted in CR1, CR2 and CR3, respectively (P = 0.0001)). Patients with negative MRD before UCBT had better LFS after UCBT compared with those with positive MRD (54% vs 29%; HR = 2, P = 0.003). MRD assessment before UCBT for children with ALL in remission allows identifying patients at higher risk of relapse after transplantation. Approaches that may decrease relapse incidence in children given UCBT with positive MRD should be investigated to improve final outcomes. Leukemia (2012) 26, 2455-2461; doi:10.1038/leu.2012.123

Dissecting the signaling mechanisms of IL-7-mediated autophagy regulation in T-cell acute lymphoblastic leukemia

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Acute Lymphoblastic Leukemia in Adolescents and Young Adults in Finland

In recent reports, adolescents and young adults (AYA) with acute lymphoblastic leukemia (ALL) have had a better outcome with pediatric treatment than with adult protocols. ALL can be classified into biologic subgroups according to immunophenotype and cytogenetics, with different clinical characteristics and outcome. The proportions of the subgroups are different in children and adults. ALL subtypes in AYA patients are less well characterized. In this study, the treatment and outcome of ALL in AYA patients aged 10-25 years in Finland on pediatric and adult protocols was retrospectively analyzed. In total, 245 patients were included. The proportions of biologic subgroups in different age groups were determined. Patients with initially normal or failed karyotype were examined with oligonucleotide microarray-based comparative genomic hybridization (aCGH). Also deletions and instability of chromosome 9p were screened in ALL patients. In addition, patients with other hematologic malignancies were screened for 9p instability. aCGH data were also used to determine a gene set that classifies AYA patients at diagnosis according to their risk of relapse. Receiver operating characteristic analysis was used to assess the value of the set of genes as prognostic classifiers. The 5-year event-free survival of AYA patients treated with pediatric or adult protocols was 67% and 60% (p=0.30), respectively. White blood cell count larger than 100x109/l was associated with poor prognosis. Patients treated with pediatric protocols and assigned to an intermediate-risk group fared significantly better than those of the pediatric high-risk or adult treatment groups. Deletions of 9p were detected in 46% of AYA ALL patients. The chromosomal region 9p21.3 was always affected, and the CDKN2A gene was always deleted. In about 15% of AYA patients, the 9p21.3 deletion was smaller than 200 kb in size, and therefore, probably undetectable with conventional methods. Deletion of 9p was the most common aberration of AYA ALL patients with initially normal karyotype. Instability of 9p, defined as multiple separate areas of copy number loss or homozygous loss within a larger heterozygous area in 9p, was detected in 19% (n=27) of ALL patients. This abnormality was restricted to ALL; none of the patients with other hematologic malignancies had the aberration. The prognostic model identification procedure resulted in a model of four genes: BAK1, CDKN2B, GSTM1, and MT1F. The copy number profile combinations of these genes differentiated between AYA ALL patients at diagnosis depending on their risk of relapse. Deletions of CDKN2B and BAK1 in combination with amplification of GSTM1 and MT1F were associated with a higher probability of relapse. Unlike all previous studies, we found that the outcome of AYA patients with ALL treated using pediatric or adult therapeutic protocols was comparable. The success of adult ALL therapy emphasizes the benefit of referral of patients to academic centers and adherence to research protocols. 9p deletions and instability are common features of ALL and may act together with oncogene-activating translocations in leukemogenesis. New and more sensitive methods of molecular cytogenetics can reveal previously cryptic genetic aberrations with an important role in leukemic development and prognosis and that may be potential targets of therapy. aCGH also provides a viable approach for model design aiming at evaluation of risk of relapse in ALL.

Methylenetetrahydrofolate reductase gene polymorphisms and risk of acute lymphoblastic leukemia in children

Methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) is a critical enzyme in folate metabolism and is involved in DNA synthesis, DNA repair and DNA methylation. Genetic polymorphisms of this enzyme have been shown to impact several diseases, including cancer. Leukemias are malignancies arising from rapidly proliferating hematopoietic cells having great requirement of DNA synthesis. This case-control study was undertaken to analyze the association of the MTHFR gene polymorphisms 677 C"T and 1298 A"C and the risk of acute lymphoblastic leukemia in children. Materials and Methods: Eighty-six patients aged below 15 years with a confirmed diagnosis of acute lymphoblastic leukemia (ALL) and 99 matched controls were taken for this study. Analysis of the polymorphisms was done using the polymerase chain reaction -restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) method. Results: Frequency of MTHFR 677 CC and CT were 85.9% and 14.1% in the controls, and 84.9% and 15.1% in the cases. The 'T' allele frequency was 7% and 7.5% in cases and controls respectively. The frequency of MTHFR 1298 AA, AC, and CC were 28.3%, 55.6% and 16.1% for controls and 23.3%, 59.3% and 17.4% for cases respectively. The 'C' allele frequency for 1298 A→C was 43.9% and 47% respectively for controls and cases. The odds ratio (OR) for C677T was 1.08 (95% CI 0.48- 2.45, p = 0.851) and OR for A1298C was 1.29(95% CI 0.65-2.29, p = 0.46) and OR for 1298 CC was 1.31 (95% CI 0.53-3.26, p =0.56). The OR for the combined heterozygous status (677 CT and 1298 AC) was 1.94 (95% CI 0.58 -6.52, p = 0.286). Conclusion: The prevalence of 'T' allele for 677 MTHFR polymorphism was low in the population studied. There was no association between MTHFR 677 C→T and 1298 A→C gene polymorphisms and risk of ALL, which may be due to the small sample size.

New genetic markers for treatment personalization in pediatric acute lymphoblastic leukemia

La Leucemia Linfoblástica Aguda (LLA) es el cáncer pediátrico más común. Es un desorden de las células linfoblásticas, que son las precursoras de las células linfáticas, y se caracteriza por la acumulación en médula ósea y sangre de pequeñas células blásticas con poco citoplasma y cromatina dispersa. En las últimas décadas, se ha conseguido aumentar la supervivencia del 10% al 80% pero todavía hay un 20% de pacientes que no responden al tratamiento. Esta mejoría se ha conseguido mediante la implantación de terapias combinadas y la adecuación de la terapia a grupos de riesgo. Los pacientes se separan en tres grupos de riesgo, Riesgo Estándar (RE), Alto Riesgo (AR) y Muy Alto Riesgo (MAR), en base a marcadores pronósticos, entre los que se incluyen alteraciones citogenéticas. Sin embargo, a lo largo del tratamiento, nos encontramos con dos problemas:1) Por un lado, algunos de los pacientes incluidos en el grupo de RE y AR no responden bien al tratamiento y pasan AR y MAR respectivamente. Esto quiere decir que los grupos de riesgo no están bien definidos. Por lo tanto, sería de interés poder caracterizar los pacientes que realmente son RE y AR y aquéllos que desde un principio deberían haber sido considerados como de mayor riesgo.2) Por otro lado, un alto porcentaje de pacientes experimenta toxicidad, que puede llegar a ser muy grave en algunos casos, siendo necesario parar el tratamiento. Por este motivo, sería altamente beneficioso poder reconocer a los pacientes que van a ser más sensibles al tratamiento para, de ese modo, poder ajustar la dosis.Por todo esto, creemos que una mejor asignación de los pacientes de LLA a grupos de riesgo y la personalización de la dosis, mediante nuevos marcadores genéticos, permitiría mejorar la respuesta al tratamiento.En este estudio nos planteamos, por lo tanto, dos objetivos: 1) Llevar a cabo la identificación de nuevas alteraciones genéticas presentes en el tumor para una mejor caracterización del riesgo y 2) Realizar una caracterización genética del individuo que permita predecir la respuesta al tratamiento.

Pharmacogenetics of MicroRNAs and MicroRNAs Biogenesis Machinery in Pediatric Acute Lymphoblastic Leukemia

Despite the clinical success of acute lymphoblastic leukemia (ALL) therapy, toxicity is frequent. Therefore, it would be useful to identify predictors of adverse effects. In the last years, several studies have investigated the relationship between genetic variation and treatment-related toxicity. However, most of these studies are focused in coding regions. Nowadays, it is known that regions that do not codify proteins, such as microRNAs (miRNAs), may have an important regulatory function. MiRNAs can regulate the expression of genes affecting drug response. In fact, the expression of some of those miRNAs has been associated with drug response. Genetic variations affecting miRNAs can modify their function, which may lead to drug sensitivity. The aim of this study was to detect new toxicity markers in pediatric B-ALL, studying miRNA-related polymorphisms, which can affect miRNA levels and function. We analyzed 118 SNPs in pre-miRNAs and miRNA processing genes in association with toxicity in 152 pediatric B-ALL patients all treated with the same protocol (LAL/SHOP). Among the results found, we detected for the first time an association between rs639174 in DROSHA and vomits that remained statistically significant after FDR correction. DROSHA had been associated with alterations in miRNAs expression, which could affect genes involved in drug transport. This suggests that miRNA-related SNPs could be a useful tool for toxicity prediction in pediatric B-ALL.

Wilms' tumor gene 1 (WT1) expression in childhood acute lymphoblastic leukemia:a wide range of WT1 expression levels, its impact on prognosis and minimal residual disease monitoring

Wilms' tumor gene 1 (WT1) is overexpressed in the majority (70-90%) of acute leukemias and has been identified as an independent adverse prognostic factor, a convenient minimal residual disease (MRD) marker and potential therapeutic target in acute leukemia. We examined WT1 expression patterns in childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL), where its clinical implication remains unclear. Using a real-time quantitative PCR designed according to Europe Against Cancer Program recommendations, we evaluated WT1 expression in 125 consecutively enrolled patients with childhood ALL (106 BCP-ALL, 19 T-ALL) and compared it with physiologic WT1 expression in normal and regenerating bone marrow (BM). In childhood B-cell precursor (BCP)-ALL, we detected a wide range of WT1 levels (5 logs) with a median WT1 expression close to that of normal BM. WT1 expression in childhood T-ALL was significantly higher than in BCP-ALL (P<0.001). Patients with MLL-AF4 translocation showed high WT1 overexpression (P<0.01) compared to patients with other or no chromosomal aberrations. Older children (> or =10 years) expressed higher WT1 levels than children under 10 years of age (P<0.001), while there was no difference in WT1 expression in patients with peripheral blood leukocyte count (WBC) > or =50 x 10(9)/l and lower. Analysis of relapsed cases (14/125) indicated that an abnormal increase or decrease in WT1 expression was associated with a significantly increased risk of relapse (P=0.0006), and this prognostic impact of WT1 was independent of other main risk factors (P=0.0012). In summary, our study suggests that WT1 expression in childhood ALL is very variable and much lower than in AML or adult ALL. WT1, thus, will not be a useful marker for MRD detection in childhood ALL, however, it does represent a potential independent risk factor in childhood ALL. Interestingly, a proportion of childhood ALL patients express WT1 at levels below the normal physiological BM WT1 expression, and this reduced WT1 expression appears to be associated with a higher risk of relapse.

Patterns of hematopoietic chimerism following bone marrow transplantation for childhood acute lymphoblastic leukemia from volunteer unrelated donors

Hematopoietic chimerism was analyzed in serial bone marrow samples taken from 28 children following T-cell depleted unrelated donor bone marrow transplants (UD BMT) for acute lymphoblastic leukemia (ALL). Chimeric status was determined by polymerase chain reaction (PCR) of simple tandem repeat (STR) sequences (maximal sensitivity, 0.1%). At least two serial samples were examined in 23 patients. Of these, two had evidence of complete donor engraftment at all times and eight showed stable low level mixed chimerism (MC) (<1% recipient hematopoiesis). All 10 of these patients remain in remission with a minimum follow-up of 24 months. By contrast, 13 patients demonstrated a progressive return of recipient hematopoiesis. Five of these relapsed (4 to 9 months post BMT), one died of cytomegalovirus pneumonitis and seven remain in remission with a minimum follow-up of 24 months. Five children were excluded from serial analysis as two serial samples were not collected before either relapse (3) or graft rejection (2). We conclude that as with sibling transplants, ex vivo T depleted UD BMT in children with ALL is associated with a high incidence of MC. Stable donor engraftment and low level MC always correlated with continued remission. However, detection of a progressive return of recipient cells did not universally correlate with relapse, but highlighted those patients at greatest risk. Serial chimerism analysis by PCR of STRs provides a rapid and simple screening technique for the detection of relapse and the identification of patients with progressive MC who might benefit from detailed molecular analysis for minimal residual disease following matched volunteer UD BMT for childhood ALL.

The role of lymphotoxin-B receptor signaling in t-cell acute lymphoblastic leukemia development

Dissertação de mest., Ciências Biomédicas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010

Alternative strategies for deciphering the genetic architecture of childhood Pre-B acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aigüe (LLA) est une maladie génétique complexe. Malgré que cette maladie hématologique soit le cancer pédiatrique le plus fréquent, ses causes demeurent inconnues. Des études antérieures ont démontrées que le risque à la LLA chez l’enfant pourrait être influencé par des gènes agissant dans le métabolisme des xénobiotiques, dans le maintient de l’intégrité génomique et dans la réponse au stress oxydatif, ainsi que par des facteurs environnementaux. Au cours de mes études doctorales, j’ai tenté de disséquer davantage les bases génétiques de la LLA de l’enfant en postulant que la susceptibilité à cette maladie serait modulée, au moins en partie, par des variants génétiques agissant dans deux voies biologiques fondamentales : le point de contrôle G1/S du cycle cellulaire et la réparation des cassures double-brin de l’ADN. En utilisant une approche unique reposant sur l’analyse d’une cohorte cas-contrôles jumelée à une cohorte de trios enfants-parents, j’ai effectué une étude d’association de type gènes/voies biologiques candidats. Ainsi, j’ai évaluer le rôle de variants provenant de la séquence promotrice de 12 gènes du cycle cellulaire et de 7 gènes de la voie de réparation de l’ADN, dans la susceptibilité à la LLA. De tels polymorphismes dans la région promotrice (pSNPs) pourraient perturber la liaison de facteurs de transcription et mener à des différences dans les niveaux d’expression des gènes pouvant influencer le risque à la maladie. En combinant différentes méthodes analytiques, j’ai évalué le rôle de différents mécanismes génétiques dans le développement de la LLA chez l’enfant. J’ai tout d’abord étudié les associations avec gènes/variants indépendants, et des essaies fonctionnels ont été effectués afin d’évaluer l’impact des pSNPs sur la liaison de facteurs de transcription et l’activité promotrice allèle-spécifique. Ces analyses ont mené à quatre publications. Il est peu probable que ces gènes de susceptibilité agissent seuls; j’ai donc utilisé une approche intégrative afin d’explorer la possibilité que plusieurs variants d’une même voie biologique ou de voies connexes puissent moduler le risque de la maladie; ces travaux ont été soumis pour publication. En outre, le développement précoce de la LLA, voir même in utero, suggère que les parents, et plus particulièrement la mère, pourraient jouer un rôle important dans le développement de cette maladie chez l’enfant. Dans une étude par simulations, j’ai évalué la performance des méthodes d’analyse existantes de détecter des effets fœto-maternels sous un design hybride trios/cas-contrôles. J’ai également investigué l’impact des effets génétiques agissant via la mère sur la susceptibilité à la LLA. Cette étude, récemment publiée, fût la première à démontrer que le risque de la leucémie chez l’enfant peut être modulé par le génotype de sa mère. En conclusions, mes études doctorales ont permis d’identifier des nouveaux gènes de susceptibilité pour la LLA pédiatrique et de mettre en évidence le rôle du cycle cellulaire et de la voie de la réparation de l’ADN dans la leucémogenèse. À terme, ces travaux permettront de mieux comprendre les bases génétiques de la LLA, et conduiront au développement d’outils cliniques qui amélioreront la détection, le diagnostique et le traitement de la leucémie chez l’enfant.

Cell lines and animal model in the analysis of pharmacogenomics markers in childhood acute lymphoblastic leukemia

La leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Elle est la cause principale de mortalité liée au cancer chez les enfants due à un groupe de patient ne répondant pas au traitement. Les patients peuvent aussi souffrir de plusieurs toxicités associées à un traitement intensif de chimiothérapie. Les études en pharmacogénétique de notre groupe ont montré une corrélation tant individuelle que combinée entre les variants génétiques particuliers d’enzymes dépendantes du folate, particulièrement la dihydrofolate réductase (DHFR) ainsi que la thymidylate synthase (TS), principales cibles du méthotrexate (MTX) et le risque élevé de rechute chez les patients atteints de la LAL. En outre, des variations dans le gène ATF5 impliqué dans la régulation de l’asparagine synthetase (ASNS) sont associées à un risque plus élevé de rechute ou à une toxicité ASNase dépendante chez les patients ayant reçu de l’asparaginase d’E.coli (ASNase). Le but principal de mon projet de thèse est de comprendre davantage d’un point de vue fonctionnel, le rôle de variations génétiques dans la réponse thérapeutique chez les patients atteints de la LAL, en se concentrant sur deux composants majeurs du traitement de la LAL soit le MTX ainsi que l’ASNase. Mon objectif spécifique était d’analyser une association trouvée dans des paramètres cliniques par le biais d’essais de prolifération cellulaire de lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCLs, n=93) et d’un modèle murin de xénogreffe de la LAL. Une variation génétique dans le polymorphisme TS (homozygosité de l’allèle de la répétition triple 3R) ainsi que l’haplotype *1b de DHFR (défini par une combinaison particulière d’allèle dérivé de six sites polymorphiques dans le promoteur majeur et mineur de DHFR) et de leurs effets sur la sensibilité au MTX ont été évalués par le biais d’essais de prolifération cellulaire. Des essais in vitro similaires sur la réponse à l’ASNase de E. Coli ont permis d’évaluer l’effet de la variation T1562C de la région 5’UTR de ATF5 ainsi que des haplotypes particuliers du gène ASNS (définis par deux variations génétiques et arbitrairement appelés haplotype *1). Le modèle murin de xénogreffe ont été utilisé pour évaluer l’effet du génotype 3R3R du gène TS. L’analyse de polymorphismes additionnels dans le gène ASNS a révélé une diversification de l’haplotype *1 en 5 sous-types définis par deux polymorphismes (rs10486009 et rs6971012,) et corrélé avec la sensibilité in vitro à l’ASNase et l’un d’eux (rs10486009) semble particulièrement important dans la réduction de la sensibilité in vitro à l’ASNase, pouvant expliquer une sensibilité réduite de l’haplotype *1 dans des paramètres cliniques. Aucune association entre ATF5 T1562C et des essais de prolifération cellulaire en réponse à ASNase de E.Coli n’a été détectée. Nous n’avons pas détecté une association liée au génotype lors d’analyse in vitro de sensibilité au MTX. Par contre, des résultats in vivo issus de modèle murin de xénogreffe ont montré une relation entre le génotype TS 3R/3R et la résistance de manière dose-dépendante au traitement par MTX. Les résultats obtenus ont permis de fournir une explication concernant un haut risque significatif de rechute rencontré chez les patients au génotype TS 3R/3R et suggèrent que ces patients pourraient recevoir une augmentation de leur dose de MTX. À travers ces expériences, nous avons aussi démontré que les modèles murins de xénogreffe peuvent servir comme outil préclinique afin d’explorer l’option d’un traitement individualisé. En conclusion, la connaissance acquise à travers mon projet de thèse a permis de confirmer et/ou d’identifier quelques variants dans la voix d’action du MTX et de l’ASNase qui pourraient faciliter la mise en place de stratégies d’individualisation de la dose, permettant la sélection d’un traitement optimum ou moduler la thérapie basé sur la génétique individuelle.