Estudi mutacional i de patrons de metilació en pacients amb síndromes mielodisplàstiques d’alt risc i leucèmia aguda mieloide secundària tractats amb fàrmacs hipometilants

Abstract

L’ús d’agents hipometilants (AHM) és eficaç en el tractament dels pacients amb síndromes mielodisplàstiques (SMD) d’alt risc i leucèmia aguda mieloide (LAM) que no són candidats a quimioteràpia intensiva o trasplantament al·logènic. Tanmateix, les taxes de resposta al tractament amb AHM són baixes i és necessari trobar biomarcadors pronòstics i predictius de la resposta al tractament. La caracterització genètica i epigenètica és important no només per a entendre la biologia d’aquestes entitats sinó també des d’un punt de vista clínic per a definir millor el diagnòstic, pronòstic i seleccionar el tractament de la forma més personalitzada possible. En aquesta tesi s’aborda l’estudi de les SMD d’alt risc i les LAMs tant des del punt de vista genètic com epigenètic. En la primera part del treball es caracteritza genèticament 39 pacients diagnosticats de SMD d’alt risc o LAMs inclosos en el protocol CETLAM SMD-2009 tractats homogèniament amb azacitidina (AZA)(al diagnòstic i al seguiment). Aquesta caracterització genètica es va fer mitjançant seqüenciació massiva de nova generació (NGS) utilitzant un panell costumitzat de 83 gens relacionats amb patologia mieloide. El 95% dels pacients presentaven almenys una mutació i els gens més freqüentment alterats van ser: TP53 (49%), DNMT3A (21%) i SRSF2 (18%); seguits de TET2 (15%) i U2AF1 (15%). Tot i que la cohort analitzada en aquesta tesi està formada per pacients d’alt risc (segons IPSS o IPSS-R), vam poder observar que determinats marcadors moleculars, com ara mutacions en TP53 i SRSF2, eren capaços de subclassificar els pacients en diferents grups pronòstics. La taxa de resposta va ser del 55%, però no vam poder correlacionar la presència de mutacions en TET2 i TP53 amb la resposta a AZA. Els pacients amb LAMs presentaven més mutacions que els pacients amb SMD d’alt risc i la mitjana de mutacions va augmentar a la recaiguda, donant suport a la idea que en estadis avançats de la malaltia hi ha una major complexitat genòmica. Per tant, els nostres resultats indicarien que la detecció d’anomalies genètiques en aquest grup de pacients, amb un comportament clínic heterogeni, pot ser d’utilitat tant a l’hora de perfilar el pronòstic com pel seguiment de la malaltia. En la segona part del treball es van estudiar els perfils de metilació global de l’ADN de 75 pacients amb SMD d’alt risc i LAMs al diagnòstic i durant el tractament. En aquest protocol, els pacients rebien AZA o tractament intensiu segons l’edat, les comorbiditats i la citogenètica. Al diagnòstic, l’anàlisi no supervisat, no va detectar cap patró de metilació global que permetés diferenciar els pacients segons subtipus citològic, citogenètic o de resposta al tractament. Però aplicant la tècnica del combined rank vam ser capaços de determinar un perfil de metilació al diagnòstic definit per 200 sondes capaç de separar els pacients responedors dels pacients no responedors al tractament amb AZA. Estudiant les mostres al seguiment vam confirmar que AZA disminueix la metilació global de l’ADN, però a la nostra cohort el grau de desmetilació no es va correlacionar amb el tipus de resposta. La signatura de metilació definida al diagnòstic no va ser d’utilitat en les mostres tractades per determinar un patró de metilació predictiu de progressió o recaiguda. En conclusió, l’alteració dels patrons de metilació de l’ADN al diagnòstic, en un subconjunt d’illes CpG determinat, pot servir de biomarcador per predir la resposta a AZA, i per tant, creiem que l’estudi d’aquest mecanisme epigenètic pot contribuir a la detecció de gens i vies de senyalització implicats en la malaltia, així com ajudar a identificar nous marcadors pronòstics i de resposta al tractament.

El uso de agentes hipometilants (AHM), es eficaz en el tratamiento de los pacientes con síndromes mielodisplásicos (SMD) de alto riesgo y leucemia aguda mieloide (LAM) que no son candidatos a quimioterapia intensiva o trasplante alogénico. Sin embargo, las tasas de respuesta al tratamiento con AHM son bajas y es necesario encontrar biomarcadores pronósticos y predictivos de la respuesta al tratamiento. La caracterización genética y epigenética es importante no sólo para entender la biología de estas entidades sino también desde un punto de vista clínico para definir mejor el diagnóstico, pronóstico y seleccionar el tratamiento de la forma más personalizada posible. En esta tesis se aborda el estudio de las SMD de alto riesgo y las LAMs tanto desde el punto de vista genético como epigenético. En la primera parte del trabajo se caracteriza genéticamente 39 pacientes diagnosticados de los SMD de alto riesgo o LAMs incluidos en el protocolo CETLAM SMD-2009 tratados homogéneamente con azacitidina (AZA) (al diagnóstico y seguimiento). Esta caracterización genética se realizó mediante secuenciación masiva de nueva generación (NGS) utilizando un panel costumizado de 83 genes relacionados con patología mieloide. El 95% de los pacientes presentaban al menos una mutación y los genes más frecuentemente alterados fueron: TP53 (49%), DNMT3A (21%) y SRSF2 (18%); seguidos de TET2 (15%) y U2AF1 (15%). Aunque la cohorte analizada en esta tesis está formada por pacientes de alto riesgo (según IPSS o IPSS-R), pudimos observar que determinados marcadores moleculares, tales como mutaciones en TP53 y SRSF2, eran capaces de subclasificar los pacientes en diferentes grupos pronósticos. La tasa de respuesta fue del 55%, pero no pudimos correlacionar la presencia de mutaciones en TET2 y TP53 con la respuesta a AZA. Los pacientes con LAMs presentaban más mutaciones que los pacientes con SMD de alto riesgo y la media de mutaciones aumentó a la recaída, apoyando la idea de que en estadios avanzados de la enfermedad hay una mayor complejidad genómica. Por lo tanto, nuestros resultados indicarían que la detección de anomalías genéticas en este grupo de pacientes, con un comportamiento clínico heterogéneo, puede ser de utilidad tanto a la hora de perfilar el pronóstico como para el seguimiento de la enfermedad. En la segunda parte del trabajo se estudió los perfiles de metilación global del ADN de 75 pacientes con SMD de alto riesgo y LAMs al diagnóstico y durante el tratamiento. En este protocolo, los pacientes recibían AZA o tratamiento intensivo según la edad, las comorbilidades y la citogenética. Al diagnóstico, el análisis no supervisado, no detectó ningún patrón de metilación global que permitiera diferenciar a los pacientes según subtipos citológico, citogenético o de respuesta al tratamiento. Pero aplicando la técnica del combined rank fuimos capaces de determinar un perfil de metilación al diagnóstico, definido por 200 sondas, capaz de separar los pacientes respondedores de los pacientes no respondedores al tratamiento con AZA. Estudiando las muestras al seguimiento confirmamos que AZA disminuye la metilación global del ADN, pero en nuestra cohorte, el grado de desmetilación no se correlacionó con el tipo de respuesta. La firma de metilación definida el diagnóstico no fue de utilidad en las muestras tratadas para determinar un patrón de metilación predictivo de progresión o recaída. En conclusión, la alteración de los patrones de metilación del ADN al diagnóstico, en un subconjunto de islas CpG determinado, puede servir de biomarcador para predecir la respuesta a AZA, y por tanto, creemos que el estudio de este mecanismo epigenético puede contribuir a la detección de genes y vías de señalización implicados en la enfermedad, así como ayudar a identificar nuevos marcadores pronósticos y de respuesta al tratamiento.

Hypomethylating agents (HMA) are known to be effective in the treatment of high-risk myelodysplastic syndromes (MDS) and acute myeloid leukaemia (AML) patients who are not suitable for intensive chemotherapy or allogeneic transplantation. However, treatment response rates to HMA are low and it is an urgent need to find prognostic and predictive biomarkers of treatment response. The genetic and epigenetic characterization of MDS and secondary AML (sAML) is important not only to understand the biology of these diseases but also from a clinical point of view to better define the diagnosis, prognosis and select the treatment in the most possible personalized way. This thesis addresses the study of high-risk MDS and sAML from both, genetic and epigenetic point of view. The first part of the work is focused on genetically characterizing a group of 39 patients with MDS and sAML included in the CETLAM SMD-2009 protocol, who have been homogeneously treated with azacitidine (AZA) (at diagnosis and follow-up). This characterization has been done by next generation sequencing (NGS) using a custom panel of 83 genes related to myeloid pathology. It was observed that 95% of patients presented at least one mutation, that the most frequently altered genes were TP53 (49%), DNMT3A (21%) and SRSF2 (18%); followed by TET2 (15%) and U2AF1 (15%). Although the entire cohort analysed in this thesis consists of high-risk patients (according to IPSS or IPSS-R), we were able to observe that certain molecular markers, such as mutations in TP53 and SRSF2, were able to subclassify patients in different prognostic groups. Response rate was 55% but we could not correlate the presence of TET2 and TP53 mutations with AZA response. Patients with sAML presented more variants than patients with high-risk MDS, and the average of mutations increased at relapse, supporting the idea that in advanced stages of the disease there is a greater genomic complexity. These results confirm that mutation analysis can add prognostic value to high-risk MDS and sAML patients, not only at diagnosis but also at follow-up. The second part of the work addresses the disease from an epigenetic point of view, performing global methylation analysis of 75 patients with high risk MDS and sAML, at diagnosis and during treatment, who were included in CETLAM MDS 2009 protocol. In this protocol, patients received AZA or intensive treatment according to age, comorbidities and cytogenetics. At diagnosis, the unsupervised analysis showed that global methylation pattern didn’t allowed us to differentiate patients according to the cytological or cytogenetic subtype, or treatment response. But when the combined rank analysis was used, we were able to determine a methylation profile at diagnosis defined by 200 probes capable to differentiate patients who responded to AZA treatment from those who did not. Studying follow-up samples, allowed us to confirm that AZA decreases global DNA methylation, but in our cohort the degree of methylation decrease did not correlate with the type of response. The methylation signature detected at diagnosis was not useful in treated samples to determine a methylation pattern predictive of progression or relapse. In conclusion, altered DNA methylation patterns at diagnosis, in a subset of determined CpGs, may serve as a biomarker to predict AZA response, and therefore, we believe that the study of this epigenetic mechanism may contribute to the detection of genes and signalling pathways involved in the disease, as well as may help to identify new prognostic and treatment response markers.