Impact of inflammatory signals in multiple myeloma – the role of interleukin-32 and toll-like receptors

Abstract

En studie av inflammatoriske signaler i myelomatose: fokus på rollen til interleukin-32 og toll-liknende reseptorer Myelomatose, også kalt beinmargkreft, skyldes ukontrollert vekst av plasmaceller i beinmargen. Plasmaceller er immunceller som produserer antistoffer til beskyttelse mot infeksjoner. De maligne plasmacellene skiller ut store mengder identiske antistoffer som kalles M-protein, og nivået av M-protein i sirkulasjonen kan brukes som et mål på mengden kreftceller i beinmargen. Myelomatose rammer hovedsakelig de eldre. I Norge er det omkring 560 nye tilfeller i året, men sykdommen blir stadig vanligere fordi vi lever lenger. De siste tiårene har bruk av en rekke nye medikamenter ført til økt overlevelse for myelompasientene. Selv om de fleste responderer godt på behandling, vil alle pasienter oppleve tilbakefall av sykdommen og at kreftcellene blir resistente mot behandling. Hovedmålet med dette arbeidet var å studere hvordan inflammatoriske signaler påvirker myelomcellene, mer spesifikt har vi sett på hvordan interleukin-32 (IL-32) og aktivering av tollliknende reseptorer (TLRer) kan virke inn på myelomcellenes aggressivitet og sensitivitet til medikamenter. IL-32 er et pro-inflammatorisk signalmolekyl som fra før er vist å være involvert i en rekke ulike inflammatoriske sykdommer, kreftformer og infeksjoner. Myelompasienter som har kreftceller med høyt uttrykk av IL-32 har mer aggressiv sykdomsutvikling enn pasienter som har lavere/ingen IL-32-uttrykk. Hva IL-32 gjør i kreftcellene er fra tidligere ikke kjent, og målet med den første studien var å undersøke dette. Vi studerte genuttrykk fra pasienter og fra myelomcellelinjer hvor vi ved hjelp av genredigering hadde fjernet genet for IL-32. Vi fant at IL-32 er assosiert med mer aggressive myelomceller og har en fenotype som ligner mer umodne plasmaceller. Vi studerte hva IL-32 gjør inne i cellene og fant at IL-32 effektiviserer cellenes respirasjon, noe som kan bidra til å gjøre kreftcellene mer aggressive. Funnene våre identifiserer IL-32 som et mulig angrepspunkt for behandling som kan være viktig for en gruppe myelompasienter. Omtrent 15% av myelompasienter uttrykker IL-32 ved diagnose, og uttrykket øker i pasienter ved tilbakefall. I den andre studien undersøkte vi hvilke signaler som kan skru på uttrykket av IL-32 i myelomcellene. IL-32 er fra tidligere vist å øke ved ulike infeksjoner. I enkelte celletyper kan også uttrykket av IL-32 skrus på ved stimulering av TLRer, som er reseptorer som sanser bakterier, virus eller andre faresignaler fra celler. I den andre studien undersøkte vi om aktivering av TLRer kunne skru på uttrykket av IL-32 i myelomceller. Ved å analysere genuttrykk fra myelompasienter fant vi at en gruppe pasienter har høyt uttrykk av IL-32 og TLRer ved tilbakefall av sykdommen, noe som kan tyde på at et inflammatorisk beinmargsmiljø hos disse pasientene. Vi fant også at stimulering av myelomceller med ligander for TLRer kan skru på uttrykket av IL-32 i myelomceller. Infeksjoner er vanlig hos myelompasienter og skyldes at pasientene er immunsvekkede, men er også en bivirkning av behandlingen. Funnene våre tyder på at infeksjoner eller andre inflammatoriske signaler i beinmargen kan bidra til å skru på uttrykket av IL-32 i myelomceller, noe som kan være fordelaktig for kreftcellene. I den tredje studien undersøkte vi videre hvordan aktivering av TLRer på myelomcellene kan påvirker myelomcellenes aggressivitet og sensitivitet til medikamenter. Ved å bruke en myelomcellelinje som modell fant vi at aktivering av TLRer gjør cellene mer aggressive og mindre sensitive mot proteasomhemmere, som er en gruppe medikamenter som er mye brukt i behandlingen av myelomatose. Proteasomhemmere hindrer degradering av feilfoldede proteiner i cellene, og myelomcellene er særlig sensitive til disse fordi de produserer store menger M-protein.Vi undersøkte genuttrykk i myelomceller fra pasienter ved aktivering av TLRer, og fant at flere gener som koder for velkjente overlevelsesfaktorer for myelomceller var økt. Noen av disse overlevelsesfaktorene forble økt ved TLR-aktivering i kombinasjon med proteasomhemmere, og kan mulig bidra til å gjøre cellene mindre sensitive til behandlingen. TLR-aktivering førte også til lavere uttrykk av BCMA, en markør som er uttrykt på overflaten av modne myelomceller og som er mål for flere typer immunterapi. Vi viste altså at aktivering av TLRer kan gi kreftcellene en overlevelsesfordel og kan bidra til å redusere myelomcellenes sensitivitet til flere klasser av medikamenter. Dihydroorotate dehydrogenase (DHODH) er et enzym som er viktig i syntesen av pyrimidiner, som er byggesteiner i DNA og RNA, og som dermed er viktig for celler som deler seg. I akutt myeloid leukemi (AML) har hemmere av DHODH vist å øke modningsgraden til kreftcellene. Vi ble interessert i DHODH fordi vi i den første studien fant at DHODH binder til IL-32, og siden celler med uttrykk av IL-32 har en mer umoden fenotype kunne dette bety at DHODH kan være et mulig angrepspunkt for behandling av pasienter med høyt uttrykk av IL-32. I den fjerde studien analyserte vi genuttrykk fra pasienter og fant at høyt uttrykk av DHODH var assosiert med dårligere overlevelse. Vi fant også at DHODH-hemmere førte til differensiering av myelomceller og til økt uttrykk av BCMA og CD38, som begge er overflatemarkører uttrykt på modne plasmaceller og som er målmolekyler for flere former for immunterapi. Vi har derimot ikke vist noen kobling mellom effekten av DHODH-hemmere og IL-32. Funnene våre tyder på at DHODH-hemmere kan være fordelaktige i behandling av pasienter som har kreftceller med en umoden fenotype, og kan øke effektiviteten av vanlige immunterapeutiske medikamenter brukt i myelomatose og dermed kanskje bidra til å overvinne resistens mot disse legemidlene. For å oppsummere har vi sett at uttrykk av det pro-inflammatoriske cytokinet IL-32 og aktivering av TLRer i myelomcellene kan bidra til å gjøre kreftcellene mer aggressive og mindre følsomme for ulike medikamenter. Vi har også identifisert DHODH som et mulig angrepspunkt for å øke effektiviteten av enkelte former for immunterapi og for behandling av pasienter med kreftceller som har en umoden fenotype.