I recettori Notch regolano gli stadi precoci del differenziamento timocitario. Mutazioni attivanti il recettore Notch1 e l'iperespressione o più di recente mutazioni attivanti di Notch3, sono state descritte in moltissimi casi di leucemia linfoblastica acuta a cellule T (T-ALL) nell'uomo. E' una leucemia aggressiva, prettamente pediatrica, che origina nel timo e molto di frequente coinvolge il midollo osseo. I protocolli attuali falliscono in circa il 20-30% dei pazienti affetti da T-ALL ed il signaling di Notch può contribuire alla chemioresistenza, suggerendo la sua inibizione come strategia terapeutica mirata.
Recenti evidenze dimostrano che Notch1 ed il recettore chemochinico CXCR4 cooperano nel sostenere la T-ALL. Nostri dati hanno dimostrato come CXCR4 insieme al Notch3 selettivamente individuano cellule T CD4+CD8+ "pre-leucemiche" con una spiccata capacità a disseminarsi negli stadi precoci della progressione della T-ALL. Infatti, comune a differenti modelli murini di T-ALL è la presenza di cellule "pre-leucemiche" nel sangue periferico, prima dello sviluppo della leucemia.
Questo progetto vuole esplorare i meccanismi Notch3-indotti CXCR4-dipendenti che alterano il differenziamento delle cellule T, promuovendo l'espansione di timociti immaturi CD4-CD8- e l'anomala fuoriuscita delle cellule "pre-leucemiche" dal timo. L'incontrollata produzione di questi precursori maligni e la circolazione di cellule "leucemiche" fra timo e midollo osseo, sono eventi ancora da comprendere. Scopo principale sarà lo studio: i) della dinamica delle sottopopolazioni timocitarie, nelle fasi di progressione della malattia, e la loro caratterizzazione, attraverso il profilo di espressione ii) di immunecheckpoints iii) dei fattori di trascrizione stadio specifici e iiii) dei microRNA che regolano CXCR4.
I nostri studi sono volti a definire nuovi e più specifici bersagli nella progressione della T-ALL con lo scopo di disegnare protocolli terapeutici più efficaci ed innovativi.
Ipotizziamo di identificare come le vie di trasduzione dei recettori transmembrana Notch3 e CXCR4, che regolano i programmi differenziativi e proliferativi delle cellule T nel microambiente del timo, possano promuovere la progressione della T-ALL. Studi
precedenti ci hanno permesso di dimostrare come l'over-espressione di Notch3, che sostiene CXCR4 sulla membrana dei timociti DP del transgenico, giochi un ruolo importante nella capacità di egressione dal timo di queste cellule "pre-leucemiche" DP negli stadi precoci di sviluppo della T-ALL (1). Al progredire della malattia, nostri dati preliminari indicano una ridotta cellularità del timo, popolato prevalentemente da cellule T DN che esprimono poco o a bassi livelli CXCR4, e la perdita delle DP. Questo suggerisce la deregolazione dei programmi differenziativi nel nostro modello transgenico (2) nella transizione DN/DP, forse dipendenti da modificazioni nelle interazioni timocita-stroma, governate dai sistemi di segnalazione di Notch e CXCR4. I nostri studi potrebbero permettere di chiarire i meccanismi che promuovono la fuoriuscita di timociti immaturi, svelando nuovi substrati/interattori nel microambiente del timo, che sostengono il potenziale linfomagenico di Notch3 nella progressione della T-ALL. Lo studio della dinamica delle sotto-popolazioni, attraverso marcatori di superficie e molecolari, potrebbe far comprendere come Notch3, interferendo sul differenziamento dei timociti promuova, l'espansione di sotto-popolazioni immature, sostenendo la progressione della leucemia. A tutt'oggi non è chiaro il ruolo del timo nella progressione della T-ALL e nel sostenere a distanza la circolazione di cellule leucemiche derivanti dal midollo osseo (BM).
Studi su modelli murini deleti per Dicer1, complesso enzimatico coinvolto nella generazione dei microRNA (miRNA) maturi, hanno dimostrato l'importanza di quest'ultimi nel regolare fisiologicamente la transizione da cellula DN a DP nel timo (3) e di prevenire lo sviluppo della leucemia (4). Infatti, scopo del presente progetto è di approfondire le conoscenze sul ruolo regolativo dei miRNA sia nei meccanismi
fisiologici di differenziamento dei timociti che la loro deregolazione nella T-ALL. Alcuni miRNA sono noti regolare negativamente CXCR4 in diversi contesti cellulari (5). I nostri studi, partendo da dati informatici che hanno identificato microRNA "putativi e validati" nella regolazione di CXCR4, potrebbero permettere d'individuare il ruolo di miRNA negli stadi maturativi precoci dei timociti regolati dalla cooperazione fra Notch e CXCR4 ma deregolati nella T-ALL indotta dall'overespressione di Notch3. Ipotizziamo d'identificare il network di miRNA che potrebbero regolare la dinamica delle sottopolazioni timocitarie durante la progressione. Sebbene il convolgimento dei miRNA nella leuchemogenesi sia ben stabilito, ancora poco studiata la capacità di Notch a modulare i miRNA nella progressione della T-ALL. I nostri dati potrebbero fornire nuove informazioni per chiarire il profilo di espressione dei miRNA per la classificazione, prognosi e recidiva di questa malattia (6).
Recentemente la ridotta espressione di CXCR4 in cellule di tumori solidi metastatici è stata associata alla fase di "dormancy"del tumore (7). Ancora poco noti sono i meccanismi molecolari che regolano la fase di "dormancy" delle cellule leucemiche. Lo studio del cross-talk fra il signaling di CXCR4 e di Notch3, nelle fasi intratimiche di sviluppo della T-ALL, potrebbe aiutare a capire i meccanismi molecolari che permettono alle cellule leucemiche la sopravvivenza a lungo termine e la resistenza alle terapie. Questi studi potrebbero anche delineare il diverso ruolo di CXCR4 nella T-ALL indotta da Notch3 nella fase di propagazione e nella fase di"dormancy" della leucemia. Questi studi validati da analisi su campioni primari umani correlati a specifici stadi clinici potrebbero essere utili nell'individuare indicatori precoci di sviluppo della malattia. Ipotizziamo, quindi, che i nostri risultati permettano d'individuare nuovi bersagli terapeutici, ma soprattutto possano suggerire nuovi approcci farmacologici combinati, con inibitori di Notch ed antagonisti di CXCR4 (AMD3100, PepR). L'individuazione di miRNA stadio specifici nella progressione potrebbe rappresentare la chiave per superare i meccanismi di resistenza messi in atto dalle cellule leucemiche nelle recidive della T-ALL.
1. Oncogene 2018 Dec, 37(49): 6285-6
2. EMBO J. 2000 Jul 3;19(13):3337-48
3. Nature 2004, 432: 231-5
4. J Hematol & Oncol 2017, 10:66
5. Int. J Hematol Oncol Stem cell Res 2015 jan 1; 9 (1): 33-49
6. Advanes in Biological Regulation 2019, 74: 100650
7. PLoS One. 2015 Jun 17;10(6):e0130032.