Molecular mechanisms of apoptosis induced by dexamethasone in chronic lymphocytic leukemia

Abstract

Glucocorticoids are frequently included in the chemotherapy regimens administered to patients with CLL because they are potent immunosuppressant agents and because they are able to induce apoptosis in CLL cells. Although used from a long time, the molecular mechanisms by which glucocorticoids induce cell death in CLL cells are largely unknown. Interestingly, CLL cells from prognostic groups defined by the mutational load of the IGHV genes and the expression of ZAP70 seem to have different responses to glucocorticoids.

The hypothesis in this thesis is that there are genes or proteins that determine the different response to glucocorticoids among the specific prognostic groups of patients with CLL.

Sensitivity to dexamethasone was analyzed ex vivo in 50 CLL and compared according to IGHV mutational status and/or ZAP70 expression. The response was further compared by gene expression profiling (GEP) of selected cases. Expression of genes of interest was validated by quantitative reverse transcriptase PCR.

Response to dexamethasone is higher in cases with unmutated IGHV/high ZAP70 expression and the levels of induction of the pro-apoptotic BIM gen correlate with the degree of cell death. The different levels of apoptosis induced by dexamethasone observed in the CLL groups defined by ZAP70 expression translate into different profiles of gene expression. These differences are mainly quantitative; cases with high ZAP70 expression show higher levels of gene induction/repression than cases with low ZAP70 expression. Specific analysis of genes of interest performed in a large series disclosed that baseline mRNA and protein expression levels of FKBP5, the co-chaperone of the glucocorticoid receptor, correlate with the extent of CLL cells apoptosis induced by the treatment with dexamethasone. Baseline FKBP5 levels are higher in samples from patients with high ZAP70 expression. GILZ is differentially induced by dexamethasone in ZAP70 expression groups of CLL, being higher in cases with high ZAP70 expression. Induction of GILZ correlates with induction of BIM and levels of apoptosis.

Unmutated IGHV/high ZAP70 CLL cells exhibit better response to dexamethasone treatment, which is accompanied by a differential expression of genes involved in the glucocorticoid-receptor pathway and by an increased induction of genes related to apoptosis.

Los glucocorticoides son frecuentemente incluidos en la quimioterapia administrada a pacientes con leucemia linfática crónica (LLC), pues son potentes inmunosupresores e inducen la apoptosis de las células de LLC. Los mecanismos moleculares por los cuales los glucocorticoides inducen la apoptosis de las células de LLC son en gran parte desconocidos. Las células LLC de grupos pronósticos definidos por el estado mutacional de los genes IGHV y por la expresión de ZAP70 parecen tener diferentes respuestas a los glucocorticoides.

La hipótesis de esta tesis es que hay genes o proteínas expresados de forma diferente en los grupos pronósticos de pacientes con LLC que determinan los diferentes niveles de apoptosis inducidos por los glucocorticoides.

La sensibilidad al glucocorticoide dexametasona, se determino ex vivo en 50 muestras de pacientes con LLC y se comparo en función del estado mutacional de los genes IGHV y/o de la expresión de ZAP70. También se compararan los perfiles de expresión génica (GEP) de casos seleccionados. Los niveles de expresión de los genes de interés se validaran por QRT-PCR.

La respuesta a la dexametasona es superior en los casos de LLC con genes IGHV no mutados/alta expresión de ZAP70. Los niveles de inducción del gen proapoptótico BIM se correlacionan con el grado de muerte celular. Los diferentes niveles de apoptosis inducida por dexametasona en los grupos de LLC definidos por la expresión de ZAP70 se traducen diferentes GEP. Las diferencias entre los GEP de cada grupo fueran principalmente cuantitativas, los casos con alta expresión de ZAP70 muestran niveles más altos de inducción/represión génica que los casos con baja expresión. Se observo que los niveles basales de ARNm y proteína de FKBP5, una cochaperona del receptor de los glucocorticoides, se correlacionan con el grado de apoptosis inducida por la dexametasona y que los niveles de FKBP5 son más elevados en los casos con alta expresión de ZAP70. GILZ induce diferencialmente por la dexametasona, observándose mayores inducciones en los casos con alta expresión de ZAP70. La inducción de GILZ se correlaciona con la inducción de BIM y con la magnitud de la apoptosis.