New potential therapeutic targets in chemoresistant lymphomas

Resumen

SUMMARYRecent advances in genetics and molecular biology have highly increased the knowledge in the biology of some cancer types, allowing for the improvement of the therapeutic possibilities and expectancies of these patients, such as Imatinib in chronic myeloid leukemia. But still, some lymphoproliferative disorders have currently limited therapeutic options, mainly because of a lack of targeted therapies. In this regard, although classical Hodgkin lymphoma (cHL) has a 70 ¿ 80 % of response to the standard anthracycline-based therapeutics (ABVD regimens), there is a group of patients who does not respond, and 30 % of patients finally die due to the disease. On the other hand, peripheral T-cell lymphomas (PTCL) constitute a heterogeneous group of very aggressive malignancies which currently lacks efficient therapies. These patients are treated with anthracycline-based therapies (CHOP regimens), but the response rate is very poor: the overall survival is dependent on the PTCL subtype, but as an average, around 70 % of patients succumb to the disease. Therefore, studies identifying new therapeutic targets in refractory cHL and PTCL are necessary in order to improve the prognosis of these patients with chemoresistant lymphomas.Since the understanding of the molecular alterations in other tumor types has significantly improved their therapeutic options, we hypothesized that the detection of the molecular abnormalities in chemoresistant cHL and PTCL could help us to identify potential therapeutic targets in these lymphomas with restricted therapeutic possibilities. Our main objective was to find therapeutic targets in chemoresistant cHL and PTCL.Regarding cHL the in silico comparison of gene expression profile in cHL patients with differential response to standard therapy has allowed us to identify histone deacetylase inhibitors (HDACi) as agents that could reverse this chemoresistance molecular signature. The in vitro experiments demonstrated that HDACi induced different antiproliferative effects on cHL cell lines, such as cell cycle arrest at G2/M phase and/or apoptosis, by altering the expression of key genes involved in cell cycle and apoptosis (especially the extrinsic pathway). Interestingly, HDACi also downregulated the expression of genes associated with chemoresistance in cHL. Adversely, we observed a potential negative effect, since HDACi treatment upregulated PIM2 expression. Consequently, a highly synergistic effect was found between the HDACi SAHA and a pan-PIM inhibitor (PIMi). Therefore, we can take into consideration that the combined treatment SAHA + PIMi could be therapeutically explored in ABVD-resistant cHL patients.Concerning PTCL the in silico study of gene expression features in PTCL patients compared with reactive lymph nodes has allowed us to identify PI3K and PIM inhibitors as potential therapeutic agents in PTCL.We found that PI3K inhibitors (PI3Ki) could reverse the PTCL molecular signature. Although genomic studies indicated that PI3K¿ was the most important PI3K isoform in PTCL, the genetic or pharmacological single PI3K isoform inhibition did not affect PTCL survival. Pharmacological inhibition of all PI3K isoforms had a mainly cytostatic effect, being GSK3ß and p70S6K phosphorylation a biomarker for PI3Ki response in PTCL. Importantly, the pan-PI3Ki increased ERK phosphorylation in PI3Ki-sensitive cell lines, and we observed that the simultaneous blockade of both PI3K and MEK was highly synergistic in vitro and ex vivo.In addition, PIM kinases were found to be overexpressed in PTCL cases, cell lines and primary tumoral T cells. Individual PIM genetic silencing did not affect PTCL survival, possibly due to a compensatory mechanism among the 3 PIM genes. In contrast, a pharmacological pan-PIMi had a potent cytotoxic effect on PTCL, at least in part due to downregulation of genes involved in the DNA repair machinery and enhancing the DNA damage. Importantly, this pan-PIMi reduced cell viability in primary tumoral T cells ex vivo, without affecting normal T cells. Finally, we observed that PIM2 protein expression was associated with a worse outcome in the PTCL subtype anaplastic large cell lymphoma (ALCL), and the double inhibition of this pathway at two points (ALK and PIM) was highly synergistic only in ALK+ ALCL and not in other PTCL cell lines.Taken together, these findings indicate that gene expression profiling studies in chemoresistant lymphomas are able to identify potential therapeutic targets, and we can take into consideration that: 1) the combination HDACi + PIMi could be efficient in ABVD-resistant cHL; 2) the simultaneous inhibition of PI3K and MEK could improve the therapeutical benefit in PI3Ki-sensitive PTCL; and 3) a PIM inhibition based therapy could be of therapeutic value in PTCL, and especially combined with ALK inhibitors in ALK+ ALCL.RESUMENLos recientes avances en genética y biología molecular han ampliado enormemente el conocimiento en la biología de algunos tipos de tumores, lo que ha permitido mejorar las posibilidades terapéuticas y expectativas de estos pacientes, como ha sido el caso de Imatinib en leucemia mieloide crónica. Sin embargo, actualmente aún existen enfermedades linfoproliferativas con limitadas opciones terapéuticas, principalmente debido a la ausencia de terapias dirigidas. Así, aunque el linfoma de Hodgkin clásico (LH) tiene un 70 ¿ 80 % de respuesta a la terapia convencional basada en antraciclinas (de tipo ABVD), existe un grupo de pacientes que no responde y un 30 % fallece por esta enfermedad. Por otra parte, los linfomas periféricos de células T (LPCT) constituyen un grupo heterogéneo y muy agresivo para el cual no existe actualmente ninguna terapia eficaz. Estos pacientes se tratan con terapias basadas en antraciclinas (de tipo CHOP), pero su respuesta es muy mala: la supervivencia global depende del subtipo de LPCT, pero de media el 70 % de estos pacientes fallece. Por tanto, se necesitan estudios que identifiquen nuevas dianas terapéuticas en LH refractarios y LPCT para mejorar el pronóstico de estos pacientes con linfomas quimiorresistentes.Dado que el conocimiento de las alteraciones moleculares en otros tipos tumorales ha mejorado significativamente sus opciones terapéuticas, nos planteamos la hipótesis de que la detección de las anomalías moleculares en LH quimiorresistentes y LPCT podría ayudarnos a identificar posibles dianas terapéuticas en estos linfomas con limitadas posibilidades terapéuticas. Nuestro objetivo principal fue encontrar dianas terapéuticas en estos LH quimiorresistentes y LPCT.En cuanto a LH, la comparación del perfil de expresión génica en pacientes de LH con distinta respuesta a la terapia habitual, nos ha permitido identificar a los inhibidores de deacetilasas de histonas (iDACH) como agentes que podrían revertir esta firma molecular de quimiorresistencia. Los experimentos in vitro demostraron que los iDACH provocaban distintos efectos antiproliferativos en líneas celulares de LH, como parada de ciclo celular en G2/M y/o apoptosis, alterando la expresión de genes clave en ciclo celular y apoptosis (especialmente vía extrínseca). De forma interesante, encontramos que los iDACH inhibieron la expresión de genes asociados con quimiorresistencia en LH. Sin embargo, nos encontramos con un posible efecto adverso, dado que el tratamiento con iDACH activaba la expresión de PIM2. En consecuencia, observamos un efecto muy sinérgico entre el iDACH SAHA y un inhibidor de PIM (iPIM). Por tanto, consideramos que la combinación SAHA + iPIM podría ser explorada terapéuticamente en LH resistentes a ABVD.Con respecto al LPCT, el estudio in silico del perfil molecular de expresión génica de pacientes con LPCT comparado con ganglios linfáticos reactivos nos ha permitido identificar a los inhibidores de PI3K y PIM como posibles agentes terapéuticos en LPCT.Encontramos que los inhibidores de PI3K (iPI3K) podían revertir la firma molecular del LPCT. A pesar de que los estudios genómicos indicaban que PI3K¿ era la isoforma de PI3K más importante en LPCT, la inhibición genética o específicamente farmacológica de una sola isoforma de PI3K no afectó a la supervivencia del LPCT. Sin embargo, un inhibidor farmacológico de todas las isoformas de PI3K produjo un efecto principalmente citostático, y encontramos que la fosforilación de GSK3ß y p70S6K podrían ser biomarcador de respuesta a iPI3K en LPCT. Cabe mencionar que el iPI3K aumentó la fosforilación de ERK en las líneas sensibles a iPI3K, y observamos que la inhibición simultánea de todas las isoformas de PI3K junto con MEK era altamente sinérgica in vitro y ex vivo.Además, observamos que las quinasas de la familia PIM se encontraron sobreexpresadas en casos, líneas celulares y células primarias T tumorales de LPCT. El silenciamiento genético individual de cada PIM no tuvo efectos en la supervivencia del LPCT, posiblemente debido a un mecanismo compensatorio entre los 3 genes Por contra, la inhibición farmacológica de todas las quinasas PIM tuvo un potente efecto citotóxico en LPCT, al menos en parte debido a una inhibición de la expresión de genes implicados en la reparación del ADN, aumentando así el daño en el ADN. Cabe destacar que el iPIM redujo la viabilidad de células T primarias tumorales ex vivo, sin afectar a células T normales. Por último, encontramos que la expresión de la proteína PIM2 estaba significativamente asociada con peor pronóstico en el subtipo linfoma anaplásico de células grandes (LACG), y la doble inhibición de esta ruta en 2 puntos (ALK y PIM) era altamente sinérgica sólo en LACG ALK+ y no en otras líneas de LPCT.Como conclusión, estos resultados indican que el estudio de expresión génica en linfomas quimiorresistentes puede identificar posibles dianas terapéuticas, y podemos considerar que: 1) la combinación iDACH + iPIM podría ser eficaz en los LH resistentes a ABVD; 2) la inhibición simultánea de PI3K y MEK podría tener mayor efecto terapéutico en los LPCT sensibles a iPI3K; y 3) la terapia basada en inhibición de PIM podría ser de utilidad en LPCT, y especialmente combinada con inhibidores de ALK en LACG ALK+.