Митофагия участвует в резистентности клеток острого миелоидного лейкоза к терапии

BH3-миметики — это класс малых молекул, запускающих апоптоз. Они связывают и ингибируют антиапоптотические белки семейства Bcl-2 и Mcl-1, которые сверхэкспрессируются во многих типах раковых клеток и способствуют их выживанию и химиорезистентности. Одним из примеров таких препаратов является венетоклакс, который применяют для лечения острого миелоидного лейкоза (ОМЛ). Однако у пациентов со временем развивает резистентность к этому препарату. Исследователи из США изучили механизмы такой лекарственной устойчивости.

На первом этапе авторы провели скрининг с помощью системы CRISPR-Cas9 на культурах клеток ОМЛ, чтобы опознать возможные механизмы резистентности клеток к венетоклаксу. Использовали следующие терапевтические комбинации: 1) ингибирор MCL-1 (MCL1i), 2) ингибитор MCL-1 в комбинации с венетоклаксом (MCL1i+Ven) и 3) венетоклакс + азацитидин (Ven+Aza).

Потеря TP53, BAX или BAK позволяла клеткам уклоняться от апоптоза, индуцированного MCL1i, MCL1i+Ven или Ven+Aza. В то же время ингибирование некоторых генов сенсибилизировало клетки к комбинациям BH3-миметиков. Это были гены, кодирующие белки внешней митохондриальной мембраны, такие как MFN2, MARCH5 и TOMM70A. Все эти белки участвуют в динамике митохондрий и селективном разрушении митохондрий путем аутофагии, называемом митофагией.

Далее авторы изучили роль белка MFN2 в возникновении резистентности к BH3-миметикам. Известно, что выживание клеток ОМЛ зависит от экспрессии MFN2 сильнее, чем выживание других типов опухолей. Кроме того, уровень экспрессии MFN2 значительно повышен в клеточных культурах ОМЛ по сравнению с другими раками крови. Высокий уровень экспрессии MFN2 у пациентов с ОМЛ коррелирует с высокими значениями ex vivo IC50 для многих типов терапии, включая венетоклакс.

В новой работе получили мышей с ксенографтами, при создании которых использовали раковые клетки пациентов. Авторы показали, что в ксенографтах пациентов, не ответивших на терапию BH3-миметиком AZD5991, был повышен уровень MFN2. В искусственно созданных MCLi-резистентных клетках уровень MFN2 был также повышен. Наконец, количество MFN2 на поверхности митохондрий резистентных клеток было существенно больше. Авторы также продемонстрировали, что в резистентных клетках выше количество соединений мембран митохондрий и эндоплазматического ретикулума.

MFN2 также участвует в аутофагии митохондрий, служа рецептором для PARKIN на поврежденных митохондриях. Авторы показали, что сублетальные дозы MCL1i или Ven+Aza увеличивали митофагию в клетках ОМЛ. Резистентные клетки содержали меньше митохондрий, чем чувствительные клетки, вследствие усиления митохондриальной аутофагии. При ингибировании критического регулятора митофагии, PINK1, в резистентных клетках ОМЛ повышалась чувствительность к BH3-миметикам.

После того, как авторы обнаружили, что митофагия — это механизм устойчивости ОМЛ к BH3-миметикам, они применили РНК-секвенирование единичных клеток для анализа транкриптомного профиля костного мозга пациентов с ОМЛ. Одна из главных генных сигнатур, распространенных в первичных клетках костного мозга пациентов, была обогащена связанными с аутофагией сигнальными путями. Кроме того, анализ базы данных BeatAML показал, что высокий уровень экспрессии сигнатур аутофагии положительно коррелирует с плохим ответом на венетоклакс у пациентов с АМЛ.

Нокаут MFN2 усиливал индуцированный BH3-миметиками апоптоз в различных клеточных линиях AML. Примечательно, что делеция MFN1 не влияла на ответ клеток ОМЛ на воздействие BH3-миметиков.

Чтобы доказать роль клиренса митохондрий в устойчивости к BH3-миметикам, авторы посмотрели, усиливает ли химическое воздействие на макроаутофагию индуцированный BH3-миметиками апоптоз в моделях ОМЛ. Ученые использовали ингибитор ULK1 (ULK1i), который специфически таргетирует ключевой компонент инициации аутофагии. Эксперименты подтвердили синергию между ULK1i и BH3-миметиками в резистентных клеточных линиях ОМЛ и у мышей с ксенографтами.

Исследователи решили посмотреть, может ли фармакологическое ингибирование MFN2 сделать клетки ОМЛ более чувствительными к антагонистам MCL-1. Действительно, комбинация ингибиторов MFN2 и MCL1i привела к усилению апоптоза in vitro по сравнению с лечением одним только MCL1i.

Полученные результаты подтверждают гипотезу о том, что ингибирование активности MFN2 и митохондриальной аутофагии усиливает эффективность BH3-миметиков и может преодолеть лекарственную устойчивость ОМЛ.

Анализ крови после химиотерапии предсказывает выживаемость пациентов с острым миелоидным лейкозом