Caratterizzazione delle cellule staminali leucemiche come potenziale target per il trattamento della leucemia acuta mieloide pediatrica

La leucemia acuta mieloide (LAM) è una neoplasia ematopoietica rara associata ad un’alterazione dell’ematopoiesi che comporta il blocco maturativo delle cellule ematopoietiche con conseguente accumulo di precursori immaturi di fenotipo mieloide nel midollo osseo e nel sangue. Negli ultimi anni, nonostante l’outcome clinico della LAM pediatrica sia notevolmente migliorato raggiungendo un tasso di sopravvivenza di circa il 70%, il 30% dei pazienti va incontro a recidiva di malattia e per circa il 50% sarà un evento fatale. L’elevata percentuale di pazienti che recidivano rimane quindi una grande sfida per la comunità scientifica che deve scoprire nuove strategie terapeutiche per migliorare il trattamento della LAM e ridurre il rischio che cellule residue riemergano originando una ricaduta. Lo scopo di questa tesi è stato identificare e caratterizzare un ristretto pool di cellule, chiamate cellule staminali leucemiche (LSCs), contraddistinto dalle altre cellule che costituiscono il bulk leucemico per tre proprietà chiave: la quiescenza, la capacità di auto-rinnovamento e la capacità di dare origine a LAM quando trapiantate in un recipiente murino. In questa tesi abbiamo considerato un nuovo biomarcatore, le specie reattive dell’ossigeno (ROS), come strumento per identificare le LSCs, in quanto recenti studi hanno indicato che le cellule staminali presentano più bassi livelli endogeni di ROS rispetto alle cellule più mature. In primis, è stato messo a punto un protocollo di cell-sorting basato sui livelli di ROS presenti in colture leucemiche primarie provenienti da campioni di midollo osseo di pazienti affetti da LAM identificando due popolazioni, una corrispondente al 20% di cellule con più bassi livelli di ROS detta ROS low, e una composta dal 20% di cellule con livelli di ROS più alti denominate ROS high. Queste popolazioni sono state testate per capacità di attecchimento nel modello murino, quiescenza e clonogenicità dimostrando che le cellule ROS low sono più quiescenti (ROS low: 86% di cellule in fase G0/G1; ROS high: 45% di cellule in fase S e G2) e clonogeniche in vitro, così come in vivo. Inoltre, le cellule ROS low hanno mostrato bassi livelli di ROS mitocondriali, massa mitocondriale e potenziale di membrana mitocondriale rispetto alle cellule ROS high, confermando che la popolazione ROS low identificata e sortata è diversa da quella ROS high soprattutto per caratteristiche mitocondriali e di staminalità. Infine, è stato studiato il profilo di espressione genica delle due popolazioni mediante RNA-Sequencing e i risultati ottenuti dimostrano che tra le cellule ROS low e ROS high ci sono 417 geni differenzialmente espressi. I geni overespressi nella popolazione ROS low appartengono perlopiù a vie di segnale del metabolismo e dell’adesione cellulare, mentre nella popolazione ROS high i geni upregolati sono coinvolti nella proliferazione cellulare. Le diverse capacità adesive delle cellule ROS low e ROS high sono state poi validate in vitro, dimostrando come le cellule ROS low siano in grado di formare fibre da stress più spiccatamente delle cellule ROS high quando coltivate in adesione. Questa caratteristica supporta la resistenza delle cellule ROS low al trattamento con il chemioterapico AraC quando coltivate in adesione rispetto alle ROS high. Infine, anche quando vengono sottoposte ad un farmaco che inibisce l’attività mitocondriale (IACS-010759) è stato evidenziato come le cellule ROS low rispondano maggiormente all’azione del farmaco rispetto alle ROS high in virtù delle diverse caratteristiche individuate in questa tesi. Collettivamente, i dati ottenuti rafforzano l’ipotesi secondo cui la popolazione ROS low isolata dal bulk leucemico sia realmente arricchita di LSCs con caratteristiche biologiche e funzionali diverse dal resto del clone leucemico e rappresenti un target fondamentale per eradicare totalmente la leucemia.