Molecular Genetic Characterization of Acute Lymphoblastic Leukemia with a Poor Prognosis

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Leukemi kännetecknas av en okontrollerad tillväxt av omogna vita blodkroppar och orsakas av förvärvade genetiska förändringar. Genetiska förändringar eller avvikelser, som är drivande i cancerutvecklingen, uppstår när normala celler delar sig. Identifiering av sådana förändringar på gen-och kromosomnivå är av stor klinisk betydelse. Behandling styrs av vilka genetiska avvikelser som identifieras i leukemicellerna. Akut lymfatisk leukemi (ALL) är en av de vanligaste typerna av leukemi hos barn och uppvisar en god prognos. Vuxna patienter som drabbas har en betydligt sämre prognos. Hypodiploid ALL (<46 kromosomer), är en sällsynt subgrupp som har en mycket dålig prognos. På kromosomnivå kännetecknas denna subgrupp av massiv kromosomförlust. Normalt finns det 46 kromosomer i kroppens alla celler, men i de sjuka leukemicellerna har patienter med hypodiploid ALL 24-45 kromosomer. Patienter kan vidare delas in i grupper beroende på kromosom - och mutationsprofil, t ex om de har 24-31, 32-39 eller 40-45 kromosomer. Lägre kromosomantal är associerad med en sämre prognos. Genetiskt bevarar den hypodiploida leukemicellen vissa kromosomer i ”normalt” tillstånd, alltså i två kopior. Resterande kromosomer finns i en kopia. Kromosom 21 är nästan alltid bevarad i två kopior. Förutom detta specifika kromosommönster detekteras ofta en dubblerad klon med två och fyra kopior av alla kromosomer som finns i en och två kopior i ursprungscellen. Det är av stor betydelse att identifiera den ursprungliga hypodiploida klonen för korrekt diagnostik och behandling. Genetiska studier som använder sig av storskalig sekvensering – next generation sequencing (NGS) – har läst av hela arvmassan och identifierat ett flertal gener som är specifikt muterade i hypodiploida fall. Exempel på detta är gener som ingår i IKAROS-familjen, såsom IKZF2 och IKZF3. Utöver detta har det påvisats att mutationer i en känd gen, TP53, är mycket vanliga i fall som har 32-39 kromosomer. Denna gen arbetar som en vakt i celldelningen och tappar den sin funktion kan cancercellen överleva och växa okontrollerat. Medfödda TP53-mutationer är kopplade till Li Fraumeni syndrom (LFS), ett ärftligt tillstånd som även höjer risken för att få andra cancertyper. Cirka hälften av barnfallen som har 32-39 kromosomer bär på medfödda TP53-mutationer, medan vuxna bär på förvärvade TP53-mutationer. Fall med 40-45 kromosomer skiljer sig åt genetiskt och uppvisar inte samma distinkta genetiska profil. Inga tidigare studier har således specifikt undersökt sådana fall med verktyg som NGS. Syftet med mitt avhandlingsarbete har varit att kartlägga genetiska förändringar hos patienter med en dålig prognos. I avhandlingens första delarbete (artikel I) undersöktes benmärgs- eller blodprover från 126 vuxna med ALL. I denna studie användes ”SNP array”, en metod som detekterar förändringar i leukemicellerna. Gener i flera kopior, eller få kopior, kan följaktligen identifieras. Jag fann återkommande genetiska förändringar i gener som visat sig vara cancerdrivande i ALL hos barn såsom förlust av CDKN2A, IKZF1, PAX5 och EBF1. Jag kunde även i 2-6% av fallen identifiera genförluster i tidigare fem okända gener, och utöver detta påvisa att återfallsmekanismer är genetiskt lika i barn och vuxen ALL. I de tre övriga artiklarna (II- IV) undersöktes hypodiploida fall, både barn och vuxna från Sverige och England. Jag bekräftade typiska kromosommönster och genetiska profiler i en populationsbaserad studie (artikel IV). Att ”SNP array” är ett känsligt verktyg för att korrekt klassificera den ursprungliga hypodiploida klonen visas i artiklarna II/III. Genom upptäckten av ett speciellt mönster i en genförlust hos en patient kunde detta verktyg påvisa att kromosomförlust var den primära – dvs den första och troligvis viktigaste – genetiska händelsen. I delarbete III använde jag mig av NGS för att läsa av mutationer i arvsmassan. Jag fann mutationer i kända gener som IKZF2, IKZF3 och TP53. Dessutom studerades DNA-metylering – detta är en kemisk modifikation som ger förändringar i aktiviteten av gener. Jag visade att detta genetiska fenomen inte påverkade uttrycket av gener i en kopia eller i två kopior i hypodiploida fall i jämförelse mot kontrollgrupper med 46 kromosomer. Däremot kunde jag visa att uttrycket av gener i två kopior var högre i hypodiploida fall i jämförelse mot kontrollgrupper. I studie III, kunde jag urskilja ett genetiskt mönster i tre fall som hade fler än 80 kromosomer. Resultat från ”SNP array” visade att många kromosomer i dessa tre fall hade vid ett tillfälle varit nere i en hypodiploid punkt med möjligtvis 32-45 kromosomer. Genom att kombinera ”SNP array” och cytogenetiska verktyg som tillåter fluorescerande infärgning av kromosomer, ”FISH”-analys, kunde jag räkna antalet kromosomer i leukemicellerna och påvisa ett mönster av kromosomal instabilitet. Troligtvis har cancerevolutionen påbörjats med kromosomförlust, och därefter har dubblering skett. Således går det inte att indela dessa patienter som i en specifik subgrupp på grund av det instabila kromosommönstret. Jag fann dessutom förvärvade TP53-mutationer i de tre fallen. Kliniskt är det viktigt att undersöka sådana fall som inte har ”typiska” kromosommodaltal för TP53-mutationer. Det kan visa sig att patienter som kategoriserats i en annan subgrupp egentligen bör behandlas som hypodiploid ALL med högriskbehandling. Av denna anledning bör mutationsprofil vara viktigare än kromosommodaltal i dessa fall. Sammanfattningsvis har jag i mitt avhandlingsarbete undersökt fall med en dålig prognos. Få stora studier har fokuserat på den genetiska bakgrunden i vuxen-ALL. Jag har påvisat att vuxna och barn bär på genetiska förändringar som liknar varandra. Vidare har resultaten från studierna i mitt avhandlingsarbete ökat förståelsen för hypodiploid ALL. Genetiska analyser på specifika gener som är kopplade till prognos kan förhoppningsvis leda till en bättre behandling av vuxen-ALL och hypodiploid ALL och möjliggöra utvecklingen av nya behandlingsmetoder.