Praca poglądowa/Review
Stres siateczki śródplazmatycznej i stres
oksydacyjny w ostrych bia łaczkach szpikowych
Endoplasmic reticulum stress and oxidative stress in acute myeloid leukemia
Justyna Chlebowska
1,2,3,*
1LaboratoriumMedycynyDoświadczalnejCentrumNowychTechnologiiUniwersytetuWarszawskiego, kierownik:drhab.DominikaNowis,Warszawa,Polska
2ZakładImmunologiiWarszawskiegoUniwersytetuMedycznego,kierownikprof.drhab.JakubGołąb, Warszawa,Polska
3ZakładMedycynyGenomowejWarszawskiegoUniwersytetuMedycznego,kierownik:
prof.drhab.KrystianJażdzewski,Warszawa,Polska
informacje o artykule
Historiaartykułu:
Otrzymano:06.04.2016 Zaakceptowano:27.07.2016 Dostępneonline:06.08.2016
Słowakluczowe:
ostrabiałaczkaszpikowa
stresER
stresoksydacyjny
odpowiedźnanieprawidłowo sfałdowanebiałka
reaktywneformytlenu
CEBPa
Keywords:
Acutemyeloidleukemia
ERstress
Oxidativestress
Unfoldedproteinresponse
Reactiveoxygenspecies
CEBPa
abstract
Useof differentiation-inducingagents (all-transretinoic acidandarsenictrioxide)that degradatefusionPML-RARareceptorhaverevolutionizedmanagementofacutepromye- locytic(APL)leukemiain2008.However,despitesignificantadvancesinthetreatmentof APL,thecureratesofpatientssufferingwithotheracutemyeloidleukemia(AML)subty- pes are still not satisfying. Abnormal reactive oxygen species levels and constitutive expression of ERstress marker proteins are characteristic of AML.AML patients with activatedunfoldedproteinresponseandincreasedERchaperonelevelsshowedsuppres- sedCEBPa proteinexpression. CEBPa isanessential transcriptionfactor thatregulates multipleaspectsofmyelopoiesis.Understandinghowtheunfoldedproteinresponsetrig- gerdown-regulationofCEBPaandlead todifferentiation blockageopensnewpossibili- tiesforthedesignofanti-AMLtherapeuticstrategies.
©2016PolskieTowarzystwoHematologówiTransfuzjologów,InstytutHematologiii Transfuzjologii.PublishedbyElsevierSp.zo.o.Allrightsreserved.
*Adresdokorespondencji:CentrumNowychTechnologiiLaboratoriumMedycynyDoświadczalnej,ul.Banacha2c,02-097Warszawa, Polska.
Adresemail:j.chlebowska@uw.edu.pl.
ContentslistsavailableatScienceDirect
Acta Haematologica Polonica
journalhomepage:www.elsevier.com/locate/achaem
http://dx.doi.org/10.1016/j.achaem.2016.07.001
0001-5814/©2016PolskieTowarzystwoHematologówiTransfuzjologów,InstytutHematologiiiTransfuzjologii.PublishedbyElsevierSp.
zo.o.Allrightsreserved.
Wstęp
Ostre białaczki szpikowe (acute myeloid leukemia; AML) to heterogenna grupa nowotworów, różniąca się wiekiem, w którymrozpoczyna sięchoroba, zmianami cytogenetycz- nymi, morfologią i immunofenotypem komórek białaczko- wych, aco za tym idzie,także rokowaniem.Mimoznaczą- cego postępu w terapii innychnowotworów hematologicz- nychw ciąguostatnichdwóchdekad,wynikileczeniaAML są nadal niezadowalające. Od 2008 roku pacjentom z podtypem białaczki promielocytowej (acute promyelocytic leukemia; APL) w kombinacji z klasyczną chemioterapią podaje się związki mające promować różnicowanie się komórek białaczkowych, co znacznie zwiększaodsetek pa- cjentówosiągającychcałkowitąremisję[1].
W celu wyjaśnieniapatomechanizmu choroby oraz zja- wisk doprowadzających do transformacji blastycznej bada- cześledzilizmianycytogenetyczne,molekularneoraztrans- kryptomiczne w AML. Uwaga naukowców długo skupiona była głownie na poznaniu onkogenów i genów supresoro- wych białaczek. Wyróżnienie ważnych nieprawidłowości genetycznych w AML zaowocowało wprowadzeniem przez WHO w 2008 roku nowej systematyki i klasyfikacji tych nowotworów(jejaktualizacja planowanajestw 2016 roku).
Wydaje się jednakże, że dopiero zrozumienie przyczyn zmian w tempieproliferacji i bloku różnicowania komórek białaczkowych może przynieść nowe, bardziej skuteczne propozycje terapeutyczne dla pacjentów. Komórki ostrej białaczki szpikowej, konstytutywnie wykazują ekspresję markerów stresu siateczki śródplazmatycznej. Pacjenci o zwiększonej ekspresji białek opiekuńczych siateczki, któ- rych zadaniem jest przywracanie prawidłowej konformacji białkom,charakteryzująsięniewielkąekspresjąCEBPa[2,3], czynnikatranskrypcyjnego kluczowegodlazachowaniapra- widłowejmielopoezyiprzejściakomórekzetapuprogenito- rów komórek mieloidalnych (common myeloid progenitor;
CMP),dobardziejzróżnicowanejformy komórekprogenito- rowych granulocytów i monocytów (granulocyte-monocyte progenitor;GMP)[4,5].
Zastosowanie leków promujących różnicowanie komórek białaczkowych w APL
Kwas retinowy (all-trans retinoic acid; ATRA) i trójtlenek arsenu (arsenic trioxide; ATO) w kombinacji z klasyczną chemioterapiąopartąnazastosowaniuantybiotykówzgrupy antracyklin promuje różnicowanie się komórek białaczko- wych, hamując aktywność produktu genu fuzyjnego PML- RARA i prowadzi do zmiany fenotypu komórek białaczko- wych z typowego dla niedojrzałych promielocytów, na charakterystyczny dla krótko żyjących, w pełni dojrzałych neutrofilów [6, 7]. Takie postępowanie terapeutyczne oka- zało się niezwykle skuteczne i korzystne dla pacjentów – wydłużyło ichcałkowityczasprzeżyciaoraz długośćokresu bez wznowy choroby [8, 9]. Według aktualnych zaleceń należyjaknajszybciejwdrażaćterapięzużyciemATRAi/lub ATOnawetupacjentówbezpotwierdzonejrearanżacjiPML- RARa,ajedyniezmianamiwmielogramiesugerującymiAPL,
w celu uniknięcia powikłań związanych z zaburzeniami układukrzepnięcia.Niejednoznacznesąwynikipróbklinicz- nych porównujących skuteczność kombinacji antracyklin z ATRĄze schematemwłączającymtakże arabinozydcyto- zynyw leczeniuindukującymorazkonsolidacyjnym[8,10].
Nie ma natomiast wątpliwości co do korzyści z włączenia ATOdoleczeniaindukującego –dwadodatkowe 25-dniowe cykle leczenia ATO po standardowym protokole łączącym antracykliny z ATRĄ znacznie poprawiają czas przeżycia wolny od zdarzeń (event free survival; EFS) [8, 10]. Wyniki obecnie trwających prób klinicznych sugerują także prze- wagę zastosowania kombinacji kwasu retinowego z trój- tlenkiem arsenu względem połączenia kwasu retinowego z klasyczną chemioterapią, szczególnie w zakresie okresu wolnego odwznowyustalonego jakopunktkońcowybada- nia(diseasefreesurvival;DFS)[11].
„Stres siateczki śródplazmatycznej” w komórkach ostrej białaczki szpikowej
Gwałtownaproliferacjakomóreknowotworowych,obniżone wytwarzanie ATP (adenozyno-5’-trifosforanu) związane z efektem Warburga oraz warunki hipoksji prowadzą do upośledzeniaglikozylacjibiałekinagromadzeniawsiateczce śródplazmatycznej nieprawidłowo sfałdowanych polipepty- dów. Kiedy w komórce gromadzą się uszkodzone białka, dochodzi dostanu nazywanegostresemsiateczkiśródplaz- matycznej charakteryzującegosięaktywacjąukładów enzy- matycznych i czynników transkrypcyjnych mających przy- wrócić komórkom homeostazę. W komórkach poddanych stresowidochodzitakżedozahamowaniatranslacji orazdo degradacji w proteasomach nagromadzonych, nieprawi- dłowosfałdowanychbiałek(ER-associateddegradation;ERAD).
Wszystkie te zjawiska nazwano zbiorczo odpowiedzią ko- móreknanieprawidłowosfałdowanebiałka(unfoldedprotein response;UPR)[12,13].
W komórkach prawidłowych zjawisko stresu siateczki śródplazmatycznej i aktywacja UPR może spowodować wejście komóreknaszlakapoptozy,jednakkonstytutywny, łagodnystres,któremupoddawanesąkomórkinowotworo- we,możeprowadzićdouruchomieniamechanizmówadap- tacyjnych, umożliwiających przeżycie.Wkomórkachnowo- tworowych mechanizm ten ma funkcje ochronne i umoż- liwia przystosowaniedo niekorzystnychwarunków [14–17].
Stres siateczkiśródplazmatycznejorazpotencjalnekorzyści terapeutycznezzastosowaniazwiązkówhamującychaktyw- nośćbiałekzwiązanychzUPR,aletakżeindukującychstres ER i wprowadzających komórki na szlak apoptozy, zostały opisane dla wielu typów komórek nowotworowych w tym takżedlaAML[2,3,18–21].
Rozpoczęcie szlaku sygnałowego UPR zależne jest od trzechprzezbłonowychbiałekretikulum:enzymuIRE1(inosi- tol requiring enzyme 1), kinazy białkowej PERK (pancreatic endoplasmic reticulum eIF2alpha kinase) oraz czynnika trans- krypcyjnego ATF6 (activating transcription factor 6). Końce aminowe–NH2tychbiałekznajdująsięwświetlesiateczki, a końce karboksylowe – COOH w cytozolu. W warunkach homeostazy te trzy wspomniane białka są związane z białkiemopiekuńczym– chaperonem BiP(binding protein),
znajdującymsięwświetlesiateczki.BIPzapobiegaaktywacji wyżej wymienionych enzymów, głównych przekaźników sygnału szlakuUPRpoprzez niedopuszczeniedoichhomo- dimeryzacji[22, 23].Wwarunkachstresusiateczki BiPjako chaperonwiążesięznieprawidłowosfałdowanymibiałkami, uwalniającIRE1,PERKiATF6(Ryc.1).
PrzyczynyaktywacjiUPRwostrejbiałaczceszpikowejsą niejasne. Istnieją przesłanki świadczące o udziale w tym procesie białka będącego produktem genu fuzyjnego PML- RARAupacjentówz ostrąbiałaczkąpromielocytową.Białko fuzyjne PML-RARa może prowadzić do nagromadzenia wświetlesiateczkikorepresorareceptorajądrowegoN-CoR1 (nuclearhormone receptor corepressor)[24]. BiałkoN-CoR1 jest zaangażowane w kontrolę procesu transkrypcji w wyniku interakcjiz różnymibiałkamizaangażowanymiw regulację epigentyczną [25]. Nieprawidłowe pofałdowanie białka N-CoR1 jest przyczyną nasilonej proliferacji komórek bia- łaczki podtypu M3 oraz M5 wg klasyfikacji FAB (French- American-British classification) [26]. W przypadku komórek białaczki typu M5 potranslacyjna utrata N-CoR1 wiąże się z nasiloną transkrypcją onkogennej kinazy tyrozynowej 3 związanej z fms (fms-related tyrosine kinase 3; FLT3)
zarówno w komórkach z mutacją aktywującą, jak i w komórkachz prawidłowąkopiągenu[26].Flawonoidgenis- teina, stabilizując N-CoR1, hamuje ekspresję kinazy FLT3 w komórkach linii białaczkowych niezależnie od statusu mutacji w tym genie i różnicuje blasty białaczkowe do dojrzałychkomórek układuziarnistokrwinkowego[26]. Zna- czące cytoprotekcyjne działanie UPR w grupie pacjentów z ostrą białaczką szpikową o złym rokowaniu, mających aktywującą mutację FLT3-ITD (internal tandem duplication), może wiązać się m.in. ze zmniejszoną ekspresją genu supresorowego nowotworów – DAPK1 (death-associated pro- tein kinase 1) odpowiedzialnego za indukcję apoptozy wprzebiegustresu[27].
AktywacjaIRE1
Rozpoczęcie szlakusygnałowego dla UPR zależne od auto- fosforylacji enzymu IRE1 uruchamia jego aktywność jako RNAzy, umożliwiając wycięcie 26-nukleotydowego intronu zmRNAdlabiałkaXBP1(X-boxDNAbindingprotein)(Ryc.1).
mRNA dla XBP1 koduje czynnik trankrypcyjny o budowie zamka leucynowego, a jego pocięcie przez IRE1 umożliwia
Ryc.1–Aktywacjaodpowiedzinanieprawidłowosfałdowanebiałka Fig.1–Activationresponsetomisfoldedproteins
powstanie dojrzałego mRNA, a następnie translację XBP1 [28]. Białko XBP1 wiąże się z regionami ERSE (ER stress element) w obrębie DNA [CCAAT(N9)CCACG] obecnymi w promotorach wielu genów szlaku UPR, aktywując m.in.
transkrypcję genów dla rodziny białek szoku cieplnego i innychchaperonów siateczkowych, atakże samegoXBP1 [22,28].
Pacjenci z AML wykazują aktywację szlaku odpowiedzi na nieprawidłowo sfałdowane białka zdefiniowaną przez obecność dojrzałego mRNA dla XBP1 [3, 18]. W tak okreś- lonej grupiechorych zaobserwowano zwiększoną ekspresję mRNA dla białek opiekuńczych siateczki, np. kalretikuliny iBiP oraz mRNAdla czynnikatranskrypcyjnego indukowa- nego przez stres iuszkodzenia DNA – CHOP (CEBP homolo- gous protein) [3, 18]. Pacjenci ci charakteryzują się niższą leukocytozą oraz zmniejszeniem stężeniadehydrogenazy mleczanowej we krwi, co wiąże się z lepszą prognozą izdłuższymczasemprzeżycia[3,18].
Zwiększona ekspresja białka szoku cieplnego Hsp70 w komórkach ustalonej, monocytarnej linii AML – U937 nasila aktywność RNAzową enzymu IRE1, ułatwiając blas- tom białaczkowym adaptację do nasilonego stanu stresu siateczkiśródplazmatycznej. Zahamowanieekspresji Hsp70 poprzez interferencję RNA lub przez zastosowanie flawo- noidu kwercetyny zmniejsza aktywację IRE1, zmniejsza ekspresję BiP, natomiast nie wpływa na poziom czynnika transkrypcyjnego CHOP, tym samym uwrażliwia komórki AML na apoptozę aktywowaną nasiloną odpowiedzią na nieprawidłowosfałdowanebiałka[29].
AktywacjaUPRwwynikuzaburzeńhomeostazy wapnia w komórkachU937 inkubowanychz sorafenibem– inhibi- torem licznych kinaz m.in. Raf (rapidly accelerated fibrosar- coma), MAPK (mitogen-activated protein kinase), ERK (extra- cellular signal regulated kinase) i FLT3 i zawiązana z od- powiedzią na nieprawidłowo pofałdowane białkanasilona ekspresja IRE1 zmniejsza cytotoksyczność inhibitora [21].
Wyciszenie ekspresji IRE1 lub XBP1 zwiększa wrażliwość U937 na cytotoksyczne działanie sorafenibu, nie wpływa- jąc jednocześnie na mechanizm, w którym doszło do indukcji stresu siateczki, czyli zaburzenia homeostazy wapniowej[21].
AktywacjaATF6
Czynniktranskrypcyjny ATF6, po odłączeniu odbiałkaBIP, przechodzi do aparatu Golgiego, gdzie jest aktywowany poprzez cięcie przez proteazy S1P (site 1 protease; proteaza jako pierwsza przecinająca czynnik transkrypcyjny SREBP) iS2P(site2protease;proteazajakodrugaprzecinającaSREBP) [22,23, 28](Ryc.1).Powstałe białkomamasęokoło50 kDa i strukturę zamka leucynowego, który podobnie jak XBP1 przyłączasiędoregionówERSEw obrębieDNA,ale jedynie w połączeniu z czynnikiem transkrypcyjnym CBF (CCAAT bindingfactor).ATF6zwiększatranskrypcjęXBP1,BIP,kalreti- kuliny, izomerazy dwusiarczkowej białek – PDI (protein disulfideisomerase)orazCHOP[22,23,28].
Pacjencio nasilonej w wynikuaktywacji ATF6 ekspresji białek opiekuńczych siateczki, takich jak kalretikulina lub PDI,mająobniżonąekspresjęważnegoczynnikatranskryp-
cyjnego kontrolującego procesmielopoezy –CEBPa,o czym więcejwrozdzialeChaperonysiateczkowe[7,8].
AktywacjaPERK
Kinaza białkowa PERK po uwolnieniu z połączenia z BIP dimeryzuje i podobnie do IRE1 ulega trans-autofosforylacji (Ryc.1). AktywnyPERK fosforyluje podjednostkę a drugiego czynnika inicjującegotranslację–eIF2a (eukaryotic translation intitiation factor 2) [23]. Ufosforylowana forma eIF2a gorzej rozpoznajekodoninicjacjitranslacjiAUG,copowodujezaha- mowaniesyntezybiałkazależnejodobecnościczapeczki,czyli 7-metyloguanozyny [22]. Taka kontrola translacji pomaga zredukować ilość nieprawidłowosfałdowanych białek w ko- mórce narażonej na stres siateczki śródplazmatycznej iumożliwiajejprzeżycie.Zatrzymanietranslacjiprowadzido zablokowaniacyklukomórkowegowfazieG1zpowodubraku cyklinyD1[23].Paradoksalnietranslacjaniektórychcząsteczek mRNA, mających obniżone wymagania co do dostępności aktywnej formy czynnika inicjującego translację, zostaje wzmożona. Cząsteczkimające specjalnesekwencje regulato- rowe nazwane IRES (internal ribosome entry site; wewnętrzne miejsce wiązaniarybosomu) mogą ominąć zależny od PERK blok translacji. Przykładem takiej cząsteczki jest czynnik transkrypcyjny ATF4 (activating trancription factor 4) [22, 23].
Wykazano, że ATF4 może wpływać na przeżycie komórek poprzez indukowanie genów związanych z metabolizmem aminokwasów czy zmianą potencjału oksydoredukcyjnego [30]. Z drugiej jednak strony, ATF4 jest uznawany za naj- silniejszysygnałdotranskrypcji proapoptotycznegoczynnika CHOP[31].ATF4powodujetakżeaktywacjętranskrypcjibiałka GADD34(growtharrestandDNAdamage-inducibleprotein),które regulujeaktywnośćfosfatazyPP1(proteinphosphatase1)mogą- cej odciąć resztę fosforanową od czynnika eIF2a [22, 23].
DefosforylacjaeIF2aodblokowujetranslacjębiałekwkomórce.
AktywnośćPP1niemaudowodnionegoudziałuwregulacji procesu UPR wkomórkach białaczkowych,jednakwiadomo, że fosfataza ta ogranicza skuteczność terapii nowotworów hematologicznych z wykorzystaniem wywołujących stres retikulum inhibitorów proteasomu. Jednoczesna inkubacja komórek linii ostrej białaczki promielocytowej HL-60 z in- hibitorem PP1 – salubrinalem wraz z bortezomibem lub MG132zwiększatoksycznośćtychostatnichwzględemkomó- rekAML[32].
Uruchomienie w komórkachbiałaczkowychszlaku zależ- nego od PERK i fosforylacji eIF2a w wyniku inkubacji ze związkamiindukującymistressiateczki możeodegrać dwo- jakąrolę.Aktywacja tej ścieżki w komórkach linii monocy- tarnej U937 inkubowanych z sorafenibem obniża cytoto- ksyczność tego drobnocząsteczkowego inhibitora kinaz.
ZastosowaniesiRNA wyciszającegoekspresjęPERKlubznie- sienie aktywności tego enzymu w mechanizmie dominant negative zwiększa wrażliwość komórek białaczkowych na sorafenib [21]. Komórkiwykazujące ekspresjęzmodyfikowa- negoczynnikaeIF2aniepodatnegonafosforylacjęrównieżsą znacząco wrażliwsze na cytotoksyczne działanie sorafenibu [21].JednocześniezastosowaniesiRNAwyciszającegoekspre- sję proapoptotycznego czynnika CHOP, którego ekspresja zwiększa się w wyniku aktywacji PERK po inkubacji
zsorafenibem,niewpływaistotnienaprzeżywalnośćkomó- rekAML[21].
Z drugiej strony aktywność PERK wydaje się niezbędna dlaefektywnegozabijaniakomórek liniibiałaczkipromielo- cytowej – HL-60 w wyniku inkubacji z syntetycznym retinoidem- fenretynidem (4-hydroxy(phenyl)retinamide;
4-HPR) [19]. Zhamowanie PERK lub eIF2a w mechanizmie dominantnegativezmniejszawrażliwośćkomóreknafenrety- nidorazblokujeaktywacjękaspazy3i9[19].
Chaperony siateczkowe: izomeraza mostków dwusiarczkowych i kalretikulina jako inhibitory translacji CEBPa
MutacjegenudlaczynnikatranskrypcyjnegoCEBPadotyczą około 10–20% pacjentów z AML [33–36]. Jednak w wielu przypadkach ostrej białaczki szpikowej dochodzi do zaha- mowania ekspresji CEBPa lub jego obniżonej aktywności, mimobrakumutacjiwobrębiegenuCEBPA.
TranskrypcjaCEBPapozostajepodkontroląbiałkaRUNX1, więcjestobniżonauchorych,uktórychdochodzidomutacji genuRUNX1 lub uchorych z obecnością translokacji powo- dującychpowstaniebiałekfuzyjnychhamującychaktywność tego czynnika transkrypcyjnego [9, 37]. U pacjentów z mutacjami typu FLT3-ITD dochodzi do fosforylacji przez kinazę ERK seryny 21 białka CEBPa, co zmniejsza jego aktywnośćjakoczynnikatranskrypcyjnego.Metylacjapromo- toraCEBPAjest obecnaniemal upołowypacjentów cierpią- cych na ostrą białaczkę szpikową [38]. Receptor kwasu retinowego a (retinoic acid receptor a; RARA) uczestniczy
waktywacjiczynnikówtranskrypcyjnychrodzinyCEBP.Upo- śledzenie procesu transkrypcji CEBPa w wyniku translokacji t(15;17)(q22,q12) i powstania fuzyjnego białka PML-RARa, związane jest z hamowaniem funkcji prawidłowego białka RARadziałającegowmechanizmiedominantnegative[39].
Izomeraza mostków dwusiarczkowych białek jest enzy- mem siateczkiśródplazmatycznejkatalizującymwytwarza- nieorazizomeryzacjęmostkówdwusiarczkowychpomiędzy resztamicysteinowymibiałek.PDIpełniistotnąrolępomoc- niczą podczasprzyjmowaniaprawidłowej konformacjitrze- ciorzędowejwielubiałek.Enzymtenzaliczanyjestdobiałek opiekuńczych retikulum – tzw.chaperonów, których zada- niem jest przywracanie białkom prawidłowego ułożenia przestrzennego. PDI pełni także unikatową rolęw regulacji ekspresjigenównapoziomiepotranskrypcyjnym.Izomeraza mostków dwusiarczkowych białek w kooperacji z kal- retikuliną,wiążesięzregionemstemloop’mRNAdlaCEBPa ihamujejegotranslację,coprowadzidoblokadyróżnicowa- niakomórekwneutrofile(Ryc.2).Wyciszenieekspresjigenu P4HB (PDIA1) kodującego PDI przywraca w komórkach linii ostrejbiałaczkipromielocytowejHL-60translacjęmRNAdla CEBPa[2,3].
Blasty białaczkowe uokoło 25%pacjentów z AML wyka- zują cechy aktywacji szlaku odpowiedzi na nieprawidłowo sfałdowanebiałka.Upacjentówtychwykrywanajest zwięk- szonailośćmRNAdlaPDI,cojednocześnieodwrotniepropor- cjonalniekorelujeznasileniemekspresjibiałkaCEBPa[2,3].
Stres oksydacyjny w komórkach ostrej białaczki szpikowej
Zwiększone wytwarzanie reaktywnych form tlenu (reactive oxygen species; ROS) w blastach białaczkowych wynikające z m.in.aktywnościonkogenów,z mutacjiwobrębie genów mitochondrialnych,np.kodującychbiałkacytochromuP450, oraz ze zmniejszenia ekspresji białek o właściwościach antyoksydacyjnych,zaobserowanezostałozarównowustalo- nych liniiach oraz w pierwotnych komórkach wyizolowa- nychzkrwibądźszpikuchorychnaAML[40,41].
Zarówno zachowanie prawidłowej hematopoezy, jak i utrzymanie proliferacji komórek białaczkowych wymaga aktywacjiczynnikaindukowanegohipoksją(hypoxia-inducible factor;HIF).WyciszenieekspresjiHIF-2awiążesięzezwięk- szeniemwytwarzaniaROS,anastępnie,zkompensacyjnym uruchomieniem odpowiedzi UPR i zwiększonej podatności na apoptozę w wyniku stresu siateczki śródplazmatycznej [42]. Pierwotne komórki pochodzące od pacjentów z AML o wyciszonej ekspresji HIF-2a traciły zdolność wywołania białaczkiumyszyzniedoboramiodporności[42].
Onkogeny np.białka Rasczy kinazyFLT3-ITDprowadzą doaktywacjioksydazNADPH,wszczególnościpodjednostki 47phox[40,41].
Zwiększone wytwarzanie ROS w blastach białaczkowych jest dość częste wśród pacjentów z mutacjami w genach IDH1 i IDH2(isocitrate dehydrogenase) kodujących dehydroge- nazę izocytrynianową – jeden z enzymów cyklu Krebsa.
Powodujetoprzemianęizocytrynianiuw2-hydroksyglutaran zamiast w a-ketoglutaran, co prowadzi do oksydatywnego uszkodzenia DNA oraz onkogennego, kompetytywnego Ryc.2–ZahamowanietranslacjimRNAdlaCEBPaprzez
izomerazęmostkówdwusiarczkowychbiałek(PDI) Fig.2–InhibitionoftranslationofmRNAbyCEBPaprotein disulfidebridgesisomerase(PDI)
zahamowania dioksygenaz w komórkach [43–45]. Trwające obecniepróby kliniczne z wykorzystanieminhibitorów pro- duktówzmutowanychgenówIDH1iIDH2uchorychnaAML przynosząobiecującerezultaty[46,47].
Wśródprzyczynnasilenia stresuoksydacyjnegow AML należy wymienić epigenetyczne wyciszenie ekspresji genów dla białek antyoksydacyjnych, np. peroksyredok- synyIVwkomórkach ostrejbiałaczki promielocytowejlub peroksyredoksyn I, II i V w pozostałych podtypach AML [48]. Peroksyredoksyny są białkami o małej masie cząs- teczkowej katalizującymi redukcję nadtlenku wodoru.
W AML opisano również częste przypadki zwiększonej ekspresji białka hamującego tioredoksynę – TXNIP (thiore- doxin interacting protein) [40, 41]. System tioredoksyna/
reduktaza tioredoksyny należy do jednych z naj- ważniejszychukładów chroniących przed wpływemstresu oksydacyjnego.Zdrugiejjednakstronypojawiająsiętakże doniesienia o represji TXNIP u pacjentów z AML, będącej mechanizmem adaptacyjnym, pozwalającym na przeżycie blastów białaczkowych narażonych na nasilony stres oksydacyjny. Odblokowanie transkrypcji TXNIP poprzez zastosowanie inhibitora metylotransferaz histonów – 3-deazaneplanocyny A(DZNep) powoduje zwiększone wy- twarzanie ROS oraz apoptozę komórek ustalonych linii AML [49]. Do innych mechanizmów przystosowawczych wobecstresu oksydacyjnegonależąm.in.:nasilonewytwa- rzanie glutationu, nadekpresja tioredoksyny, oksygenazy hemowej i katalazy – enzymu z grupy oksydoreduktaz katalizujący proces rozkładu nadtlenku wodoru do wody itlenu[40,41].
Terapia oparta na nasileniu stresu oksydacyjnego izniesieniumechanizmówadaptacyjnych okazałasiębar- dzo skuteczną strategią w ostrej białaczce promielocyto- wej. Trójtlenek arsenu wprowadzony do kliniki w 2008 roku znacznie poprawił rokowania pacjentów z tym pod- typem białaczki. ATO indukuje stres oksydacyjny w blastach białaczkowych poprzez aktywację oksydazy
NADPH, zahamowanie tioredoksyny i deplecję peroksyre- doksynyIII[40,41].
Podsumowanie
Stres siateczki śródplazmatycznej oraz stres oksydacyjny zarówno biorą udział w procesie leukemogenezy, jak i nasilają mechanizmy adaptacyjne w blastach białaczko- wychchroniącekomórkiprzedapoptozą(Tab.I)Zahamowa- nie aktywności białek opiekuńczych siateczki lub białek inaktywujących reaktywne formy tlenu może stanowić ważnycelterapeutycznywAML.WczęściprzypadkówAML odpowiedźna nieprawidłowosfałdowanebiałkaprawdopo- dobnie związana jest z patomechanizmem tej choroby – charakterystycznym zahamowaniem różnicowania blastów w dojrzałe neutrofile, co wynika z zablokowania translacji czynnikatranskrypcyjnego CEBPa pozwiązaniu jegomRNA przez białkaopiekuńcze siateczki. W obliczu pojedynczych doniesień, że pacjenciz AML wykazującyaktywację szlaku UPR charakteryzują się odmiennym rokowaniem, istotne jest poznaniezjawisk, które zapoczątkowują stressiateczki w różnych podtypach AML i jakie implikacje kliniczne ma aktywacja szlaku odpowiedzi na nieprawidłowo pofałdo- wanebiałkawkomórkachostrejbiałaczkiszpikowej.
Konflikt interesu/Conflict of interest
Niewystępuje.
Finansowanie/Financial support
Źródła finansowania: badania mające na celu ocenę roli inhibitorówperoksyredoksyn,układutioredoksyna/reduktaza tioredoksyny oraz białkowej izomerazy dwusiarczkowej TabelaI–Rolastresusiateczkiioksydacyjnegowostrychbiałaczkachszpikowych
TableI–Theroleofoxidativestressandmeshinacutemyeloidleukemia
leukemogeneza potencjalnestrategieterapeutyczne
powstaniebiałkafuzyjnegoPML-RARaizwiązaneznimnagromadzenie wświetlesiateczkinieprawidłowosfałdowanegobiałkaN-CoR1 regulującegoproliferacjęblastów
stabilizacjabiałkaN-CoR1np.zapomocągenisteiny (inhibitorbiałekrodzinyszokucieplnego)
zahamowanietranslacjiczynnikatranskrypcyjnegoCEBPaprzezPDI prowadzącedozahamowaniaróżnicowania
przywrócenieekspresjiCEBPa,zahamowaniefunkcji PDI
mutacjeIDH1iIDH2prowadzącehydroksylacjiDNAistresu oksydacyjnego
inhibitoryenzymówbędącychproduktami zmutowanychgenówIDH1iIDH2
procesyadaptacyjnekomórekbiałaczki potencjalnestrategieterapeutyczne zmniejszenieekspresjikinazyDAPK1odpowiedzialnejza
indukcjęapoptozywprzebiegustresusiateczkiupacjentów zmutacjąFLT3-ITD.
przywrócenieekspresjikinazyDAPK1,zahamowanie aktywnościkinazowejFLT3-ITD.
zwiększonaekspresjaHsp70powodującaaktywację adaptacyjnegoszlakuIRE1
zahamowanieekspresjiHsp70,IRE1lubXBP1 np.przezzastosowanierutynozydukwercetyny aktywnośćfosfatazyPP1odcinającejresztęfosforanowąod
czynnikaeIF2aiprzywracającejtranslacjębiałek
zahamowanieaktywnościPP1np.poprzez zastosowaniesalubrinalu
represjaTXNIPskutkującazwiększonąaktywnością
tioredoksyny,coumożliwiaprzeżycieblastówbiałaczkowych narażonychnanasilonystresoksydacyjny
odblokowanietranskrypcjiTXNIPnp.
poprzezzastosowanieinhibitorametylotransferaz histonów–DZNep
w komórkach nowotworowych zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki (2013/10/E/NZ5/00778), Minister- stwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego [IP2012048172, IP2011 038971]oraz środki przyznane w ramach projektu młodego badacza(1M19/PM11D/14).
Etyka/Ethics
Treści przedstawione w artykule są zgodne z zasadami DeklaracjiHelsińskiej,dyrektywamiEUorazujednoliconymi wymaganiamidlaczasopismbiomedycznych.
pi smiennictwo/references
[1] DouerD,ZicklLN,SchifferCA,etal.All-transretinoicacid andlaterelapsesinacutepromyelocyticleukemia:very long-termfollow-upoftheNorthAmericanIntergroup StudyI0129.LeukRes2013;37:795–801.
[2] ZhangJW,WangJY,ChenSJ,etal.Mechanismsofall-trans retinoicacid-induceddifferentiationofacutepromyelocytic leukemiacells.JBiosci2000;25:275–284.
[3] LangE,GrudicA,PankivS,etal.Thearsenic-basedcureof acutepromyelocyticleukemiapromotescytoplasmic sequestrationofPMLandPML/RARAthroughinhibitionof PMLbodyrecycling.Blood2012;120:847–857.
[4] Lo-CocoF,CicconiL,BrecciaM.Currentstandardtreatment ofadultacutepromyelocyticleukaemia.BrJHaematol2015.
[5] SanzMA,Lo-CocoF.Modernapproachestotreatingacute promyelocyticleukemia.JClinOncol2011;29:495–503.
[6] BurnettAK,RussellNH,HillsRK,etal.Arsenictrioxideand all-transretinoicacidtreatmentforacutepromyelocytic leukaemiainallriskgroups(AML17):resultsofa randomised,controlled,phase3trial.LancetOncol 2015;16:1295–1305.
[7] HaefligerS,KlebigC,SchaubitzerK,etal.Proteindisulfide isomeraseblocksCEBPAtranslationandisup-regulated duringtheunfoldedproteinresponseinAML.Blood 2011;117:5931–5940.
[8] SchardtJA,EyholzerM,TimchenkoNA,etal.Unfolded proteinresponsesuppressesCEBPAbyinductionof calreticulininacutemyeloidleukaemia.JCellMolMed 2010;14:1509–1519.
[9] Paz-PrielI,FriedmanA.C/EBPalphadysregulationinAML andALL.CritRevOncog2011;16:93–102.
[10] NakajimaH.Roleoftranscriptionfactorsindifferentiation andreprogrammingofhematopoieticcells.KeioJMed 2011;60:47–55.
[11] CicconiL,Lo-CocoF.Currentmanagementofnewly diagnosedacutepromyelocyticleukemia.AnnOncol2016.
[12] KozutsumiY,SegalM,NormingtonK,etal.Thepresenceof malfoldedproteinsintheendoplasmicreticulumsignals theinductionofglucose-regulatedproteins.Nature 1988;332:462–464.
[13] WalterP,RonD.Theunfoldedproteinresponse:fromstress pathwaytohomeostaticregulation.Science2011;334:
1081–1086.
[14] WangWA,GroenendykJ,MichalakM.Endoplasmic reticulumstressassociatedresponsesincancer.Biochim BiophysActa2014.
[15] AlemdehyMF,ErkelandSJ.MicroRNAs:keyplayersof normalandmalignantmyelopoiesis.CurrOpinHematol 2012;19:261–267.
[16] BuY,DiehlJA.PERKIntegratesOncogenicSignalingandCell SurvivalDuringCancerDevelopment.JCellPhysiol2016.
[17] ManieSN,LebeauJ,ChevetE.Cellularmechanismsof endoplasmicreticulumstresssignalinginhealthand disease.3.Orchestratingtheunfoldedproteinresponsein oncogenesis:anupdate.AmJPhysiolCellPhysiol2014;307:
C901–C907.
[18] SchardtJA,WeberD,EyholzerM,etal.Activationofthe unfoldedproteinresponseisassociatedwithfavorable prognosisinacutemyeloidleukemia.ClinCancerRes 2009;15:3834–3841.
[19] LaiWL,WongNS.ThePERK/eIF2alphasignalingpathway ofUnfoldedProteinResponseisessentialforN-(4- hydroxyphenyl)retinamide(4HPR)-inducedcytotoxicityin cancercells.ExpCellRes2008;314:1667–1682.
[20] LinJJ,HsuHY,YangJS,etal.Molecularevidenceofanti- leukemiaactivityofgypenosidesonhumanmyeloid leukemiaHL-60cellsinvitroandinvivousingaHL-60cells murinexenograftmodel.Phytomedicine2011;18:1075–1085.
[21] RahmaniM,DavisEM,CrabtreeTR,etal.Thekinase inhibitorsorafenibinducescelldeaththroughaprocess involvinginductionofendoplasmicreticulumstress.Mol CellBiol2007;27:5499–5513.
[22] LiuCY,KaufmanRJ.Theunfoldedproteinresponse.JCell Sci2003;116:1861–1862.
[23] DavenportEL,MorganGJ,DaviesFE.Untanglingthe unfoldedproteinresponse.CellCycle2008;7:865–869.
[24] KhanMM,NomuraT,ChibaT,etal.Thefusiononcoprotein PML-RARalphainducesendoplasmicreticulum(ER)- associateddegradationofN-CoRandERstress.JBiolChem 2004;279:11814–11824.
[25] DeltourS,GuerardelC,LeprinceD.RecruitmentofSMRT/N- CoR-mSin3A-HDAC-repressingcomplexesisnotageneral mechanismforBTB/POZtranscriptionalrepressors:the caseofHIC-1andgammaFBP-B.ProcNatlAcadSciUSA 1999;96:14831–14836.
[26] NinDS,KokWK,LiF,etal.RoleofmisfoldedN-CoR mediatedtranscriptionalderegulationofFlt3inacute monocyticleukemia(AML)-M5subtype.PLoSOne2012;7:
e34501.
[27] ShanmugamR,GadeP,Wilson-WeekesA,etal.A noncanonicalFlt3ITD/NF-kappaBsignalingpathway repressesDAPK1inacutemyeloidleukemia.ClinCancer Res2012;18:360–369.
[28] KaufmanRJ.Orchestratingtheunfoldedproteinresponse inhealthanddisease.JClinInvest2002;110:1389–1398.
[29] StornioloA,RacitiM,CucinaA,etal.Quercetinaffects Hsp70/IRE1alphamediatedprotectionfromdeathinduced byendoplasmicreticulumstress.OxidMedCellLongev 2015;2015:645157.
[30] SzegezdiE,LogueSE,GormanAM,etal.Mediatorsof endoplasmicreticulumstress-inducedapoptosis.EMBO Rep2006;7:880–885.
[31] BatemanDA.UnfoldedProteinResponse(UPR):Cellular controlforourerrorsinlife.Hypothesis2006;4.
[32] DrexlerHC.Synergisticapoptosisinductioninleukemic cellsbythephosphataseinhibitorsalubrinaland proteasomeinhibitors.PLoSOne2009;4:e4161.
[33] DombretH.GenemutationandAMLpathogenesis.Blood 2011;118:5366–5367.
[34] MuratiA,BrecquevilleM,DevillierR,etal.Myeloid malignancies:mutations,modelsandmanagement.BMC Cancer2012;12:304.
[35] NaoeT,KiyoiH.Genemutationsofacutemyeloidleukemia inthegenomeera.IntJHematol2013;97:165–174.
[36] ReillyJT.Pathogenesisofacutemyeloidleukaemiaandinv (16)(p13;q22):aparadigmforunderstanding
leukaemogenesis?BrJHaematol2005;128:18–34.
[37] Santana-LemosBA,deLimaLangeAP,deLiraBenicioMT, etal.TheCEBPAgeneisdown-regulatedinacute promyelocyticleukemiaanditsupstreampromoter,but
notthecorepromoter,ishighlymethylated.Haematologica 2011;96:617–620.
[38] HackansonB,BennettKL,BrenaRM,etal.Epigenetic modificationofCCAAT/enhancerbindingproteinalpha expressioninacutemyeloidleukemia.CancerRes 2008;68:3142–3151.
[39] deTheH,ChenZ.Acutepromyelocyticleukaemia:novel insightsintothemechanismsofcure.NatRevCancer 2010;10:775–783.
[40] IrwinME,Rivera-DelValleN,ChandraJ.Redoxcontrolof leukemia:frommolecularmechanismstotherapeutic opportunities.AntioxidRedoxSignal2013;18:1349–1383.
[41] HolePS,DarleyRL,TonksA.Doreactiveoxygenspeciesplay aroleinmyeloidleukemias?Blood2011;117:5816–5826.
[42] Rouault-PierreK,Lopez-OnievaL,FosterK,etal.HIF-2alpha protectshumanhematopoieticstem/progenitorsandacute myeloidleukemiccellsfromapoptosisinducedby endoplasmicreticulumstress.CellStemCell2013;
13:549–563.
[43] RakhejaD,KonoplevS,MedeirosLJ,etal.IDHmutationsin acutemyeloidleukemia.HumPathol2012;43:1541–1551.
[44] MarcucciG,MaharryK,WuYZ,etal.IDH1andIDH2gene mutationsidentifynovelmolecularsubsetswithindenovo
cytogeneticallynormalacutemyeloidleukemia:aCancer andLeukemiaGroupBstudy.JClinOncol2010;28:
2348–2355.
[45] WardPS,PatelJ,WiseDR,etal.Thecommonfeatureof leukemia-associatedIDH1andIDH2mutationsisa neomorphicenzymeactivityconvertingalpha- ketoglutarateto2-hydroxyglutarate.CancerCell 2010;17:225–234.
[46] FathiAT,WanderSA,FaramandR,etal.Biochemical, Epigenetic,andMetabolicApproachestoTargetIDH MutationsinAcuteMyeloidLeukemia.SeminHematol 2015;52:165–171.
[47] SteinEM.IDH2inhibitioninAML:Finallyprogress?Best PractResClinHaematol2015;28:112–115.
[48] PalandeKK,BeekmanR,vanderMeerenLE,etal.The antioxidantproteinperoxiredoxin4isepigeneticallydown regulatedinacutepromyelocyticleukemia.PLoSOne 2011;6:e16340.
[49] ZhouJ,BiC,CheongLL,etal.Thehistone
methyltransferaseinhibitor,DZNep,up-regulatesTXNIP, increasesROSproduction,andtargetsleukemiacellsin AML.Blood2011;118:2830–2839.
