Potentiation of BMP and activin induced apoptosis in multiple myeloma cells by FK506

Abstract

Myelomatose er en hematologisk kreft som kjennetegnes av maligne plasmaceller som akkumuleres in benmargen. Akkumulering av myelomceller kan forårsake osteolyse mens monoklonale immunoglobuliner produsert av myelomceller kan skade nyrene og andre organer. Selv om myelomatose kan behandles med kjemoterapeutiske legemidler og stamcelletransplantasjon kan tilbakefall og resistens mot legemidler skje hos pasienter. Intensiv kjemoterapeutisk behandling er brukt i disse tilfellene og behandlingen kan gi toksiske bivirkninger. BMPer og aktiviner er medlemmer i TGF-β familien av ligander. BMPer og aktiviner er tidligere vist å hemme cellevekst i noen humane myelomcellelinjer og i primære myelomceller. Hemming av cellevekst er vist å skje via aktivering av SMAD1/5/8 signalering. Takrolimus (FK506) som er ofte brukt som et immunsuppressivt middel og er også vist å potensere aktivering av SMAD transkripsjonsfaktorer nedstrøms for TGF-β type I reseptorer. Formålet med oppgaven var å sammenligne sensitivitet av forskjellige myelomcellelinjer for ulike ligander (BMPer og aktiviner). Deretter, ble FK506 kombinert med de samme ligandene for å undersøke om effekten av ligandene kunne bli ytterligere potensert. Resultatene viste at FK506 økte effekten av ligander ved å indusere apoptose og/ eller veksthemming i noen av cellelinjene, mens det ikke var noen klar effekt på andre. Det ble også vist at FK506 potenserte SMAD1/5/8-signalering indusert av ligander. Det mest interessante funnet i oppgaven var at FK506 påvirket noen ligander som vanligvis ikke har noen effekt på cellelinjen INA-6 slik at de plutselig kunne indusere celledød. Grunnen til at disse ligandene vanligvis ikke har effekt på INA-6 er mangel på uttrykk av den foretrukne type I-reseptoren. Det er fortsatt uklart hvordan en slik mulig endring i spesifisiteten kunne skje. Basert på resultatene i oppgaven kan en tenke seg at FK506 i enkelte tilfeller kan brukes for å potensere effekten av ligander som finnes i kroppen for å indusere apoptose og hemme vekst av myelomceller. Den immunhemmende effekten av FK506 er imidlertid ikke ønskelig, så varianter av FK506 som ikke hemmer immunsystemet kan være mer aktuelle for bruk til pasienter. Denne behandlingsstrategien kan muligens ha færre bivirkninger enn kjemoterapeutiske legemidler og kan derfor være gunstig for myelompasientene.

Multiple myeloma is an incurable B-lymphocyte malignancy wherein malignant cells accumulate predominantly in the bone marrow. Myeloma cells produce monoclonal immunoglobulins that can impair kidney function and cause organ damage. The accumulation of malignant plasma cells can also cause osteolysis. Treatment options for multiple myeloma include chemotherapeutic drugs and stem cell transplantation. Although these treatments are available, multiple myeloma patients often develop relapse and drug-resistance. When patients develop these conditions, aggressive chemotherapeutic treatment is used but these often have toxic and fatal side effects. To control the progression of multiple myeloma with fewer side effects, better drug alternatives and treatment strategies are needed. BMPs and activins are members of the TGF-β family of ligands. BMPs and activins have been found to induce apoptosis and inhibit cell growth in some human myeloma cell lines and in primary myeloma cells previously. This apoptotic and growth inhibitory effect has been shown to happen via activation of SMAD1/5/8 signaling. Tacrolimus (FK506) is widely used as an immunosuppressive agent, but has also been shown to potentiate the activation of SMAD transcription factors downstream of TGF-β type I receptors. In this study, the aim was to compare the sensitivity of different myeloma cell lines towards various ligands (BMPs and activins). Then, FK506 was combined with ligands to investigate whether effect of ligands can be further potentiated. The results showed that FK506 enhanced the effect of ligands to induce apoptosis and inhibit cell growth in some of the cell lines, whereas there was no effect in others. Moreover, FK506 was also found to enhance ligand-induced SMAD1/5/8 signaling. Interestingly, FK506 also caused ligands that initially did not exhibit an effect on the myeloma cell line INA-6 to be able to induce cell death. This observation indicated that the ligands in question had to signal via receptors that they usually don’t utilize. It is still unclear how this apparent change in specificity could happen. Based on the results obtained in this study, FK506, may in some cases be used to potentiate ligands naturally produced in the body to induce apoptosis and suppress myeloma cell growth. However, the immunosuppressive effects are not wanted, thus non-immunosuppressive variants of FK506 could be an interesting alternative for clinical use. This treatment strategy may be beneficial to multiple myeloma patients as it may have fewer side effects compared to chemotherapeutic drugs.