Derivación y caracterización de células madre cancerosas a partir de células ES humanas

Resumen de la investigación de la subvención SEED Estudios convincentes sugieren que las células madre cancerosas (CSC) surgen de células progenitoras primitivas y autorrenovables. Aunque muchas terapias contra el cáncer se dirigen a células que se dividen rápidamente, la CSC puede estar inactiva, es decir dormido, lo que produce resistencia terapéutica. Recientemente, demostramos que las CSC impulsan la progresión de la leucemia mieloide crónica (LMC) en fase crónica (CP), un tema de muchos descubrimientos históricos en la investigación del cáncer, a una fase de crisis blástica mieloide (BC) terapéuticamente recalcitrante. Las CML de CML comparten marcadores de superficie celular con progenitores de granulocitos y macrófagos (GMP) y han amplificado la expresión del gen de fusión de CML, BCR-ABL. Además, adquieren de manera aberrante capacidad de autorrenovación, en parte, como resultado de la activación de Wnt/β-catenina. Debido a que las células madre embrionarias humanas (hESC) tienen una sólida capacidad regenerativa y pueden proporcionar una fuente potencialmente ilimitada de células progenitoras específicas de tejido in vitro, representan un sistema modelo ideal para generar y caracterizar CSC humanas. Los principales objetivos de esta investigación fueron generar CSC a partir de hESC para proporcionar una plataforma experimentalmente viable para acelerar el desarrollo de diagnósticos sensibles que predicen la progresión y la terapia anti-CSC de modalidad combinada. Con este fin, probamos si la expresión de BCR-ABL en hESC es suficiente para inducir cambios característicos de las células madre de CML. A diferencia de las ESC de ratón, la introducción de un nuevo vector lentiviral BCR-ABL en las hESC no impulsó la diferenciación mieloide ni indujo la independencia del estroma in vitro, lo que subraya las diferencias clave entre las hESC de ratón y humanas y la importancia de los modelos in vivo. En particular, las células Hues16 tenían una mayor propensión a diferenciarse en células CD34+ que otras líneas de hESC, particularmente en cocultivos de AGM y, por lo tanto, se usaron en experimentos in vivo posteriores. Además, esta subvención SEED financió a Yosuke Minami en el laboratorio del profesor Jean Wang para crear un modelo único de ratón con crisis blástica de CML caracterizado por la expansión de GMP y la resistencia a un inhibidor de BCR-ABL, imatinib (Minami et al, PNAS 2008;105:17967-72). . Además, se creó un modelo humanizado bioluminiscente de leucemia mieloide crónica con crisis blástica basado en el trasplante de GMP de sangre de pacientes a ratones inmunodeficientes (RAG2-/-gc-/-). Las células se marcaron con luciferasa de luciérnaga, que emite una señal bioluminiscente, para poder realizar un seguimiento in vivo de la eficacia del trasplante leucémico (IVIS). Tan solo 1,000 CML GMP en crisis blástica humana podrían trasplantar leucemia en ratones inmunodeficientes, proporcionando así un modelo importante para estudiar los eventos moleculares que contribuyen a la transformación leucémica (Abrahamsson et al, PNAS 2009;106:3925-9). En el segundo objetivo, planteamos la hipótesis de que BCR-ABL es suficiente para generar CML a partir de células madre autorrenovables. En estos estudios, las células Hues16 diferenciadas en células CD34+ se transdujeron lentiviralmente con BCR-ABL, lo que condujo a un injerto sostenido de BCR-ABL en el 50% de los ratones trasplantados. Las células CD34+ en fase crónica derivadas de sangre de leucemia mieloide crónica fueron menos eficientes para mantener el injerto de leucemia mieloide crónica (7%), lo que sugiere que las células CD34+ derivadas de hESC tienen un mayor potencial de autorrenovación y son similares a los progenitores de leucemia mieloide crónica en fase avanzada. En tercer lugar, planteamos la hipótesis de que BCR-ABL era necesario pero no suficiente para avanzar hacia la crisis de las explosiones. La introducción de beta-catenina o shRNA activada por lentivirus en GSK3beta, junto con BCR-ABL, no mejoró el injerto de BCR-ABL en comparación con la transducción de hESC con BCR-ABL sola. Estos estudios sugirieron que las hESC pueden tener ya suficiente capacidad de autorrenovación para sostener el clon maligno de CML y son molecularmente comparables a los progenitores avanzados de CML que se comportan como CSC. Además, a través de una extensa secuenciación de ADNc de progenitores de LMC en crisis blástica humana, encontramos que el 57% de las muestras albergaban una forma mal empalmada de GSK3beta que promovía la producción de tumores y podría servir como un nuevo marcador de pronóstico en ensayos clínicos de LMC (Abrahamsson et al, PNAS 2009). ;106:3925-9). En el objetivo final, planteamos la hipótesis de que los inhibidores de BCR-ABL no eliminan las CML CML solos y que se requerirá una terapia de modalidad combinada. En una investigación colaborativa que incluyó análisis in vitro de progenitores de LMC resistentes a imatinib y, más recientemente, en un modelo de ratón humanizado de LMC en crisis blástica, encontramos que dasatinib, un potente inhibidor de BCR-ABL, es necesario pero no suficiente para la erradicación de CSC. El descubrimiento de una desregulación de GSK3beta, un regulador negativo de las vías beta-catenina y sonic hedgehog (Shh) (Zhang et al, Nature 2009), nos llevó a descubrir que Shh combinado con la inhibición de BCR-ABL anuló la formación de tumores impulsada por CSC (manuscrito en preparación), lo que proporcionó el impulso para un próximo ensayo clínico con inhibidores de Shh patrocinado por Pfizer para neoplasias hematológicas refractarias.