Implications of infectious diseases and the adrenal hypothesis for the etiology of childhood acute lymphoblastic leukemia

Acute leukemia is the most frequent cancer in children. Recently, a new hypothesis was proposed for the pathogenesis of childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL). The so-called "adrenal hypothesis" emphasized the role of endogenous cortisol in the etiology of B-cell precursor ALL. The incidence peak of ALL in children between 3 to 5 years of age has been well documented and is consistent with this view. The adrenal hypothesis proposes that the risk of childhood B-cell precursor ALL is reduced when early childhood infections induce qualitative and quantitative changes in the hypothalamus-pituitary-adrenal axis. It suggests that the increased plasma cortisol levels would be sufficient to eliminate all clonal leukemic cells originating during fetal life. Because Brazil is a continental and tropical country, the exposure to infections is diversified with endemic viral and regionally non-viral infections, with some characteristics that support the recent adrenal hypothesis. Here we discuss this new hypothesis in terms of data from epidemiological studies and the possible implications of the diversity of infections occurring in Brazilian children.

Positive response to imatinib mesylate therapy for childhood chronic myeloid leukemia

Chronic myeloid leukemia (CML) is rare in the pediatric population, accounting for 2-3% of childhood leukemia cases, with an annual incidence of one case per million children. The low toxicity profile of imatinib mesylate has led to its approval as a front-line therapy in children for whom interferon treatment has failed or who have relapsed after allogeneic transplantation. We describe the positive responses of 2 children (case 1 - from a 7-year-old male since May 2005; case 2 - from a 5-year-old female since June 2006) with Philadelphia-positive chromosome CML treated with imatinib (300 mg/day, orally) for up to 28 months, as evaluated by morphological, cytogenetic, and molecular approaches. Our patients are alive, are in the chronic phase, and are in continuous morphological complete remission.

Evaluation of anti-Wnt/β-catenin signaling agents by pGL4-TOP transfected stable cells with a luciferase reporter system

Refractory and relapsed leukemia is a major problem during cancer therapy, which is due to the aberrant activation of Wnt/β-catenin signaling pathway. Activation of this pathway is promoted by wingless (Wnt) proteins and induces co-activator β-catenin binding to lymphoid enhancer factor (LEF)/T-cell factor protein (TCF). To provide a convenient system for the screening of anti-Wnt/β-catenin agents, we designed a bi-functional pGL4-TOP reporter plasmid that contained 3X β-catenin/LEF/TCF binding sites and a selectable marker. After transfection and hygromycin B selection, HEK 293-TOP and Jurkat-TOP stable clones were established. The luciferase activity in the stable clone was enhanced by the recombinant Wnt-3A (rWnt-3A; 100-400 ng/mL) and GSK3β inhibitor (2’Z,3’E)-6-bromoindirubin-3’-oxime (BIO; 5 µM) but was inhibited by aspirin (5 mM). Using this reporter model, we found that norcantharidin (NCTD; 100 µM) reduced 80% of rWnt-3A-induced luciferase activity. Furthermore, 50 µM NCTD inhibited 38% of BIO-induced luciferase activity in Jurkat-TOP stable cells. Employing ³H-thymidine uptake assay and Western blot analysis, we confirmed that NCTD (50 µM) significantly inhibited proliferation of Jurkat cells by 64%, which are the dominant β-catenin signaling cells and decreased β-catenin protein in a concentration-dependent manner. Thus, we established a stable HEK 293-TOP clone and successfully used it to identify the Wnt/β-catenin signaling inhibitor NCTD.

Characterization and analysis of the outcome of adults with acute myeloid leukemia treated in a Brazilian University hospital over three decades

We evaluated the outcome of 227 patients with acute myeloid leukemia during three decades (period 1 - 1980’s, N = 89; period 2 - 1990’s, N = 73; period 3 - 2000’s, N = 65) at a single institution. Major differences between the three groups included a higher median age, rates of multilineage dysplasia and co-morbidities, and a lower rate of clinical manifestations of advanced leukemia in recent years. The proportion of patients who received induction remission chemotherapy was 66, 75, and 85% for periods 1, 2, and 3, respectively (P = 0.04). The median survival was 40, 77, and 112 days, and the 5-year overall survival was 7, 13, and 22%, respectively (P = 0.01). The median disease-free survival was 266, 278, and 386 days (P = 0.049). Survival expectation for patients with acute myeloid leukemia has substantially improved during this 30-year period, due to a combination of lower tumor burden and a more efficient use of chemotherapy and supportive care.

Silencing HIF-1α reduces the adhesion and secretion functions of acute leukemia hBMSCs

Hypoxia inducible factor-1α (HIF-1α) is an important transcription factor, which plays a critical role in the formation of solid tumor and its microenviroment. The objective of the present study was to evaluate the expression and function of HIF-1α in human leukemia bone marrow stromal cells (BMSCs) and to identify the downstream targets of HIF-1α. HIF-1α expression was detected at both the RNA and protein levels using real-time PCR and immunohistochemistry, respectively. Vascular endothelial growth factor (VEGF) and stromal cell-derived factor-1α (SDF-1α) were detected in stromal cells by enzyme-linked immunosorbent assay. HIF-1α was blocked by constructing the lentiviral RNAi vector system and infecting the BMSCs. The Jurkat cell/BMSC co-cultured system was constructed by putting the two cells into the same suitable cultured media and conditions. Cell adhesion and secretion functions of stromal cells were evaluated after transfection with the lentiviral RNAi vector of HIF-1α. Increased HIF-1α mRNA and protein was detected in the nucleus of the acute myeloblastic and acute lymphoblastic leukemia compared with normal BMSCs. The lentiviral RANi vector for HIF-1α was successfully constructed and was applied to block the expression of HIF-1α. When HIF-1α of BMSCs was blocked, the expression of VEGF and SDF-1 secreted by stromal cells were decreased. When HIF-1α was blocked, the co-cultured Jurkat cell’s adhesion and migration functions were also decreased. Taken together, these results suggest that HIF-1α acts as an important transcription factor and can significantly affect the secretion and adhesion functions of leukemia BMSCs.

A combination of STI571 and BCR-ABL1 siRNA with overexpressed p15INK4B induced enhanced proliferation inhibition and apoptosis in chronic myeloid leukemia

p15INK4B, a cyclin-dependent kinase inhibitor, has been recognized as a tumor suppressor. Loss of or methylation of the p15INK4B gene in chronic myeloid leukemia (CML) cells enhances myeloid progenitor formation from common myeloid progenitors. Therefore, we examined the effects of overexpressed p15INK4B on proliferation and apoptosis of CML cells. Overexpression of p15INK4B inhibited the growth of K562 cells by downregulation of cyclin-dependent kinase 4 (CDK4) and cyclin D1 expression. Overexpression of p15INK4B also induced apoptosis of K562 cells by upregulating Bax expression and downregulating Bcl-2 expression. Overexpression of p15INK4B together with STI571 (imatinib) or BCR-ABL1 small interfering RNA (siRNA) also enhanced growth inhibition and apoptosis induction of K562 cells. The enhanced effect was also mediated by reduction of cyclin D1 and CDK4 and regulation of Bax and Bcl-2. In conclusion, our study may provide new insights into the role of p15INK4B in CML and a potential therapeutic target for overcoming tyrosine kinase inhibitor resistance in CML.

Possible benefit of consolidation therapy with high-dose cytarabine on overall survival of adults with non-promyelocytic acute myeloid leukemia

In adults with non-promyelocytic acute myeloid leukemia (AML), high-dose cytarabine consolidation therapy has been shown to influence survival in selected patients, although the appropriate doses and schemes have not been defined. We evaluated survival after calculating the actual dose of cytarabine that patients received for consolidation therapy and divided them into 3 groups according to dose. We conducted a single-center, retrospective study involving 311 non-promyelocytic AML patients with a median age of 36 years (16-79 years) who received curative treatment between 1978 and 2007. The 131 patients who received cytarabine consolidation were assigned to study groups by their cytarabine dose protocol. Group 1 (n=69) received <1.5 g/m2 every 12 h on 3 alternate days for up to 4 cycles. The remaining patients received high-dose cytarabine (≥1.5 g/m2 every 12 h on 3 alternate days for up to 4 cycles). The actual dose received during the entire consolidation period in these patients was calculated, allowing us to divide these patients into 2 additional groups. Group 2 (n=27) received an intermediate-high-dose (<27 g/m2), and group 3 (n=35) received a very-high-dose (≥27 g/m2). Among the 311 patients receiving curative treatment, the 5-year survival rate was 20.2% (63 patients). The cytarabine consolidation dose was an independent determinant of survival in multivariate analysis; age, karyotype, induction protocol, French-American-British classification, and de novo leukemia were not. Comparisons showed that the risk of death was higher in the intermediate-high-dose group 2 (hazard ratio [HR]=4.51; 95% confidence interval [CI]: 1.81-11.21) and the low-dose group 1 (HR=4.43; 95% CI: 1.97-9.96) than in the very-high-dose group 3, with no significant difference between those two groups. Our findings indicated that very-high-dose cytarabine during consolidation in adults with non-promyelocytic AML may improve survival.

Evaluation of a father and son with atypical chronic myeloid leukemia with SETBP1 mutations and a review of the literature

We report the case of a father and son diagnosed with atypical chronic myeloid leukemia (aCML). Both patients harbored SETBP1 mutations, which are present in 24.3% of aCML patients. Moreover, both shared the variant encoding p.Pro737His, but the aCML severity was greater in the son because of the presence of two other missense mutations causing p.Asp868Asn and p.Ser885Arg alterations. SETBP1 mutations may be associated with an adverse prognosis, so their detection would help in the diagnosis of aCML and the determination of a patient's prognosis.

Generación de un vector adenoviral para la producción de anticuerpos policlonales contra la proteína ENV del XMRV (Xenotropic murine leukemia virus-related virus).

Tesis (Maestría en Ciencias con Orientación en Biología Molecular e Ingeniería Genética) UANL, 2011.

Impact de HOXB4 sur les cellules B

La greffe de cellules souches hématopoïétiques autologue est une thérapie de plus en plus utilisée. Cependant, les traitements de chimiothérapie ou de radiothérapie intensifs peuvent affecter les cellules souches et diminuer le nombre de ces cellules pouvant être mobilisées à des fins de transplantation. Il serait donc très utile de pouvoir expandre ces cellules souches afin de s’assurer qu’elles soient en quantité suffisante pour procéder à la greffe. Or, il a été démontré que la protéine HOXB4 a la capacité d’expandre les cellules souches hématopoïétiques humaines et murines. Lors d’une greffe autologue, la moelle osseuse est cependant colonisée par des cellules malignes. Notre objectif était donc de s’assurer que la protéine HOXB4 expand les cellules souches hématopoïétiques normales mais n’expand pas les cellules « souches » leucémiques. De plus, comme des expériences précédentes ont démontré que chez des souris transplantées avec des cellules souches surexprimant HOXB4, la reconstitution du système hématopoïétique pouvait favoriser les cellules myéloïdes aux dépends des cellules lymphoïdes, nous avons aussi voulu déterminer l’impact de HOXB4 sur la différenciation des cellules progénitrices lymphoïdes normales. Pour ce faire, nous avons exposé des cellules humaines et murines à la protéine HOXB4 afin de comparer la prolifération des cellules B malignes à celle des cellules B normales. De plus, nous avons évalué l’impact de HOXB4 sur les cellules B à leurs différents stades de différenciation. Nos résultats démontrent que HOXB4 ne favorise pas l’expansion des cellules leucémiques. De plus, nous avons observé que les cellules lymphoïdes surexprimant la protéine HOXB4 ont un ralentissement dans leur processus de différenciation. Aussi, la surexpression de HOXB4 entraîne une diminution de la fréquence et du nombre de progéniteurs lymphoïdes normaux. Ces résultats démontrent donc que la protéine HOXB4 ne produit pas d’expansion des cellules malignes. De plus, elle confère un désavantage prolifératif aux cellules lymphoïdes.

Innate immunity genes as determinants of resistance/susceptibility to human disease : studies in leukemia patients

La leucémie lymphoblastique aiguë des cellules Pré-B (B-ALL) reste le type de cancer le plus souvent diagnostiqué chez les enfants. Des études ont montré que des déterminants génétiques jouent un rôle important dans la susceptibilité/résistance au développement de ce cancer. À cet égard, les gènes Killer-cell Immunoglobulin-like Receptor (KIR) sont d'une importance particulière. Ces gènes sont fortement polymorphiques et codent pour des récepteurs qui contrôlent l’activité fonctionnelle des cellules Natural Killer (NK). Notre hypothèse est que les gènes activateurs des KIR s’associent avec la résistance innée pour développer la B-ALL. Afin d'évaluer cette hypothèse, nous avons entrepris une étude de cas-contrôles chez des enfants canadiens-français dans laquelle nous avons utilisé l'ADN génomique de 100 patients atteints de B-ALL ainsi que l’ADN de 245 individus sains. La présence ou l'absence de chaque gène KIR a été détectée par PCR en utilisant des amorces de séquences spécifiques. Nous avons trouvé que la présence des gènes KIR activateurs est significativement diminuée chez les enfants leucémiques par rapport aux témoins. En outre, le nombre de ces gènes a aussi montré une association significative linéaire avec la résistance au développement d’une B-ALL. Cela suggère des effets additifs de ces gènes permettant de conférer une protection contre ce cancer. Ces résultats pourraient être utiles afin de déceler de façon précoce les enfants ayant un risque de développer cette leucémie. Enfin, des stratégies thérapeutiques basées sur les récepteurs KIR pourraient être envisagées et s'avérer utiles concernant le traitement de ce cancer chez les enfants.

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.

The BTB/POZ Transcription Factor Miz-1 Is Required To Regulate The Commitment, Survival And Differentiation Of Early B And T Cell Lineages

Les lymphocytes B et T sont issus de cellules progénitrices lymphoïdes de la moelle osseuse qui se différencient grâce à l’action de facteurs de transcription, cytokines et voies de signalisation, dont l’interleukine-7 (IL-7)/IL-7 récepteur (IL-7R). Le facteur de transcription c-Myc est exprimé par les cellules lymphoïdes et contrôle leur croissance et leur différenciation. Cette régulation transcriptionnelle peut être coordonnée par le complexe c-Myc/Myc-Interacting Zinc finger protein-1 (Miz-1). Le but de ce projet était de comprendre les mécanismes qui impliquent Miz-1 et le complexe c-Myc/Miz-1 dans le développement des lymphocytes B et T. Pour réaliser ce projet, des souris déficientes pour le domaine de transactivation de Miz-1 (Miz-1POZ) et des souris à allèles mutantes pour c-MycV394D, mutation qui empêche l’interaction avec Miz-1, ont été générées. La caractérisation des souris Miz 1POZ a démontré que l’inactivation de Miz-1 perturbe le développement des lymphocytes B et T aux stades précoces de leur différenciation qui dépend de l’IL-7. L’analyse de la cascade de signalisation IL-7/IL-7R a montré que ces cellules surexpriment la protéine inhibitrice SOCS1 qui empêche la phosphorylation de STAT5 et perturbe la régulation à la hausse de la protéine de survie Bcl-2. De plus, Miz-1 se lie directement au promoteur de SOCS1 et contrôle son activité. En plus de contrôler l’axe IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 spécifiquement aux stades précoces du développement afin d’assurer la survie des progéniteurs B et T, Miz-1 régule l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B afin de coordonner les signaux nécessaires pour la différenciation des cellules immatures. La caractérisation des souris c-MycV394D a montré, quant à elle, que les fonctions de Miz-1 dans les cellules B et T semblent indépendantes de c-Myc. Les cellules T des souris Miz-1POZ ont un défaut de différenciation additionnel au niveau de la -sélection, étape où les signaux initiés par le TCR remplacent ceux induits par IL-7 pour assurer la prolifération et la différenciation des thymocytes en stades plus matures. À cette étape du développement, une forme fonctionnelle de Miz-1 semble être requise pour contrôler le niveau d’activation de la voie p53, induite lors du processus de réarrangement V(D)J du TCR. L’expression de gènes pro-apoptotiques PUMA, NOXA, Bax et du régulateur de cycle cellulaire p21CIP1 est régulée à la hausse dans les cellules des souris Miz-1POZ. Ceci provoque un débalancement pro-apoptotique qui empêche la progression du cycle cellulaire des cellules TCR-positives. La survie des cellules peut être rétablie à ce stade de différenciation en assurant une coordination adéquate entre les signaux initiés par l’introduction d’un TCR transgénique et d’un transgène codant pour la protéine Bcl-2. En conclusion, ces études ont montré que Miz-1 intervient à deux niveaux du développement lymphoïde: l’un précoce en contrôlant la signalisation induite par l’IL-7 dans les cellules B et T, en plus de l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B; et l’autre tardif, en coordonnant les signaux de survie issus par le TCR et p53 dans les cellules T. Étant donné que les thymocytes et lymphocytes B immatures sont sujets à plusieurs rondes de prolifération, ces études serviront à mieux comprendre l’implication des régulateurs du cycle cellulaire comme c-Myc et Miz-1 dans la génération des signaux nécessaires à la différenciation non aberrante et à la survie des ces cellules. Enfin, les modèles expérimentaux, souris déficientes ou à allèles mutantes, utilisés pour ce travail permettront de mieux définir les bases moléculaires de la transformation maligne des lymphocytes B et T et de révéler les mécanismes conduisant au lymphome.

Rôle du TGF-β dans la modulation du microenvironnement tumoral leucémique

Le microenvironnement tumoral et les cellules et molécules signal (cytokines et chimiokines) qu’ils contiennent sont reconnus comme jouant un rôle prépondérant dans la progression des tumeurs. Il devient donc nécessaire d’étudier la relation entre les molécules signal, les cellules infiltrantes et les cellules tumorales. Le TGF-β est une puissante cytokine immunosuppressive et suppressive de la croissance cellulaire, dont le rôle dans la formation du microenvironnement tumoral leucémique est mal connu. Dans cette étude, nous avons étudié le modèle injectable de leucémie lymphoïde T EL4 (cellules tumorales produisant du TGF-β) de souche C57BL/6. Nous avons caractérisé l’infiltration de cellules myéloïdes et lymphoïdes au niveau des tumeurs par cytométrie en flux et par microscopie à fluorescence. L’analyse des cellules infiltrant les tumeurs EL4 nous a permis de montrer la forte présence de lymphocytes T et de cellules myéloïdes CD11b+. Nous avons donc poursuivi l’étude afin de mieux caractériser ces cellules. Nous avons montré que ces cellules se retrouvent en périphérie de la tumeur et en périphérie des vaisseaux sanguins de la tumeur. Ces cellules ont des phénotypes nous laissant croire qu’elles appartiennent à la famille des cellules dite myéloïdes suppressives. Ces cellules ont de forts niveaux de transcrits de VEGF et de MMP9 au niveau de la tumeur ainsi qu’au niveau systémique, mais ne semblent pas avoir une forte capacité inhibitrice in vitro. Afin de déterminer si la production tumorale de TGF-β influe le recrutement de ces cellules, nous avons transformé des cellules EL4 à l’aide d’un shRNA afin de diminuer la production de TGF-β (shRNA-TGF-β) et, comparé l’infiltration myéloïde et lymphoïde de tumeurs formées avec des cellules EL4 contrôles (shRNA-Luc). Une diminution de 50% dans les niveaux de transcrits de TGF-β n’affecte pas la croissance tumorale mais semble diminuer l’infiltration par des cellules myéloïdes. La présente étude nous a permis de mieux comprendre le modèle de leucémie EL4 et le rôle des populations cellulaires myéloïdes dans le microenvironnement tumoral leucémique. La diminution du TGF-β produit par les cellules tumorales réduit l’infiltration de ces populations myéloïdes dans la tumeur EL4. Le rôle précis de ces cellules est encore à déterminer. Ces résultats sont en accord avec le fait qu’une thérapie anti-TGF-β n’est pas suffisante pour contrer la progression tumorale, mais pourrait influer sur le résultat post-chimiothérapie et l’immunothérapie en altérant la composition du microenvironnement.