HDAC INHIBITORS TARGET TRANSCRIPTION FACTORS DEREGULATED IN T-ACUTE LYMPHOBLASTIC LEUKAEMIA

Histone deacetylases (HDACs) are enzymes involved in the remodeling of chromatin. In recent years, inhibition of HDACs has emerged as a potential strategy to reverse aberrant epigenetic changes associated with cancer. In fact, HDAC inhibitors (HDACi) promote apoptosis, induce cell cycle arrest and differentiation of tumor cells, by mechanisms which remain in part unknown. T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is a pediatric malignancy characterized by clonal expansion of lymphoid progenitors. Although the majority of pediatric T-ALL patients can be cured by current protocols, about one fourth of patients has chemotherapy-resistant disease or relapse after therapy and novel therapeutic approaches are required. In our study, we analyzed the effects of HDACi on seven transcription factors important in T-ALL pathogenesis (NOTCH1, NOTCH3, c-MYB, TAL1, TLX1, TLX3 and LMO2) using both established T-ALL cell lines and patient-derived T-ALL xenografts previously obtained in our laboratory. In particular, we focused on transcription factors that define specific T-ALL subgroups (TAL/LMO, TLX1, TLX3) and we included members of the Notch family (NOTCH1 and NOTCH3) and c-MYB in view of their transversal role in T-ALL. In vitro analysis highlighted transcriptional down-regulation of C-MYB and TAL1, a post-translation regulation of NOTCH1 and NOTCH3 and the regulation of the transcriptional activity of TLX1 and TLX3 following HDAC inhibition. These biochemical effects were linked to increased apoptosis and impaired proliferation both in T-ALL cell lines and patients-derived cells, partially dependent on NOTCH1 and NOTCH3. We next investigated the in vivo effects of an HDACi in T-ALL xenografts belonging to specific T-ALL subgroups. Interestingly, PD-TALL8 (TLX1) and PD-TALL16 (TLX3) had better response to treatment compared to PD-TALL12 and PD-TALL9 (TAL/LMO). In fact, the HDACi dramatically decreased leukemic cells infiltrating the spleen and the bone marrow in TLX-driven xenografts, whereas this drug had modest or minimal effects on TAL/LMO xenografts. Taken together, these results identify TLX1 and TLX3 T-ALL subgroups as potential candidates for therapeutic treatment with HDACi.

Le Istone Deacetilasi (HDACs) sono enzimi coinvolti nel rimodellamento della cromatina. Negli ultimi anni è emerso come l’inibizione delle HDACs potrebbe essere utilizzata come strategia per ripristinare l’alterata regolazione epigenetica che si riscontra nei tumori. Infatti, gli inibitori delle HDAC (HDACi) inducono apoptosi, arresto del ciclo cellulare e differenziamento delle cellule tumorali, ma i meccanismi molecolari alla base di questi fenomeni rimangono poco chiari. La leucemia linfoblastica acuta a cellule T (T-ALL) è un tumore pediatrico caratterizzato dall’espansione clonale di progenitori linfoidi. Nonostante la maggioranza dei pazienti pediatrici affetti da T-ALL siano curati in modo efficace utilizzando gli attuali protocolli terapeutici, circa un quarto dei pazienti manifesta resistenza alla terapia o presenta ricadute e dunque emerge la necessità di nuovi approcci terapeutici. In questo studio abbiamo analizzato gli effetti degli HDACi nei confronti di sette fattori di trascrizione implicati nella patogenesi della T-ALL (NOTCH1, NOTCH3, c-MYB, TAL1, TLX1, TLX3 and LMO2) utilizzando sia linee cellulari stabilizzate, sia modelli murini di T-ALL precedentemente sviluppati nel nostro laboratorio a partire da cellule di pazienti. In particolare, ci siamo concentrati su fattori trascrizionali che identificano specifici sottogruppi di T-ALL (TAL/LMO, TLX1 e TLX3) e abbiamo incluso nell’analisi due membri della famiglia dei recettori Notch (NOTCH1 and NOTCH3) e c-MYB in virtù del loro ruolo oncogenico in questa patologia. Le analisi in vitro hanno evidenziato diversi meccanismi di regolazione dei vari fattori da parte degli HDACi. TAL1 e c-MYB risultano regolati a livello trascrizionale, NOTCH1 e NOTCH3 presentano una regolazione post-traduzionale e, nel caso di TLX 1 e TLX3, è presente una regolazione diretta della loro capacità trascrizionale. Gli effetti a livello di proteina si legano all’induzione di apoptosi e all’inibizione della proliferazione sia nelle linee cellulari, sia nelle cellule derivate da paziente e risultano essere parzialmente dovute alla down-modulazione di NOTCH1 e NOTCH3. In seguito siamo andati ad indagare la risposta in vivo di un HDACi in xenografts di T-ALL appartenenti a specifici sottogruppi genetici. E’ interessante notare che il trattamento ha avuto il maggiore risultato nelle PD-TALL8 (TLX1) e nelle PD-TALL16 (TLX3) rispetto alle PD-TALL12 e le PD-TALL9 (entrambe TAL/LMO). Infatti, il trattamento con HDACi negli xenografts di tipo TLX determina una riduzione dell’infiltrazione da parte delle cellule leucemiche nella milza e nel midollo mentre gli effetti ottenuti negli xenografts TAL/LMO risultano modesti o addirittura nulli. In conclusione, i dati ottenuti identificano i pazienti di T-ALL appartenenti ai sottogruppi TLX1 e TLX3 come potenziali candidati per il trattamento a scopo terapeutico con HDACi.