Over-expression of pro-osteoclastogenic cytokine receptors and chemokines by bone marrow CD14+ monocytes of Multiple Myeloma (MM) patients as compared to Smoldering MM (SMM) and Monoclonal Gammopathy of Uncertain Significance (MGUS): role of IL-21R/IL-21 axis in MM-induced osteoclastogenesis.

Il mieloma multiplo (MM) è caratterizzato da un rimodellamento osseo alterato, con aumento del numero e dell’attività degli osteoclasti, che portano alla distruzione ossea, rispetto ai pazienti con smoldering MM (SMM) e gammopatia monoclonale di significato incerto (MGUS). Sebbene l'analisi molecolare delle plasmacellule (PC) clonali abbia identificato diversi geni la cui over-espressione è associata con la presenza di lesioni ossee, non è ancora stato identificato un profilo in grado di distinguere tra loro, in modo chiaro, le diverse discrasie plasmacellulari. Dal momento che la stretta relazione tra PC e microambiente midollare gioca un ruolo fondamentale nella patogenesi del MM, attualmente diversi gruppi di ricerca si sono focalizzati sullo studio della presenza di eventuali alterazioni molecolari presenti nel microambiente midollare. Tra i diversi tipi di cellule che compongono il microambiente midollare, i monociti sono noti per essere primariamente coinvolti nei processi di osteoclastogenesi, angiogenesi e funzione immunitaria. Lo scopo di questo studio è stato quello di analizzare i profili trascrizionali e proteomici dei monociti CD14+ midollari dei diversi tipi di gammopatie monoclonali e di identificare le alterazioni potenzialmente coinvolte nella patogenesi dell’osteoclastogenesi indotta da MM. I profili di espressione delle cellule CD14+ sono stati valutati attraverso array GeneChip HG-U133Plus 2.0 su piattaforma Affymetrix, utilizzando campioni ottenuti da 25 pazienti affetti da MM, 11 SMM e 8 MGUS. L'analisi proteomica dei monociti midollari è stata invece eseguita con lo spettrometro di massa Q Exactive Hybrid Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer (Thermo Scientific) ed il software Proteome Discoverer 1.4, utilizzando monociti provenienti da 5 MM, 5 SMM e 5 MGUS. L’analisi multiclasse dei profili di espressione genica dei monociti midollari ha identificato 18 geni differenzialmente espressi in MGUS, SMM e MM. Il confronto delle cellule CD14+ di MM con le forme indolenti (SMM e MGUS), ha identificato 61 geni differenzialmente espressi (37 up-regolati e 24 down-regolati). Tra questi geni, abbiamo trovato recettori (IL-21R e IL-15R) e chemochine pro-osteoclastogeniche (CXCL10) che risultano over-espressi nei monociti CD14+ dei pazienti con MM, rispetto a SMM e MGUS. Analogamente, l'analisi proteomica ha identificato diversi profili per i monociti dei pazienti con MM rispetto alle forme indolenti. È interessante notare che, i monociti di MM over-esprimono proteine coinvolte nell’adesione cellulare e nell'infiammazione, e molecole implicate in funzioni antimicrobiche. Poiché i dati recenti di letteratura indicano che IL-21 è un fattore di crescita per le cellule di MM e può promuovere l’osteoclastogenesi in alcune condizioni patologiche come l'artrite reumatoide, abbiamo focalizzato la nostra attenzione sul ruolo potenziale dell’asse IL-21/IL-21R nell’osteoclastogenesi indotta da MM. In primo luogo, abbiamo confermato l’over-espressione di IL-21R da parte dei monociti di MM, sia a livello di mRNA che di proteina, rispetto a SMM e MGUS. D'altra parte, non è stata trovata una differenza significativa nei livelli plasmatici midollari di IL-21 tra MM, SMM e MGUS. Il trattamento con IL-21 ricombinante umana, alla concentrazione osservata nei plasmi midollari, determina un aumento delle dimensioni degli osteoclasti in esperimenti di osteoclastogenesi in vitro, a partire da precursori ottenuti dal midollo di pazienti con MM ma non con SMM e MGUS. Questo dato suggerisce una maggiore sensibilità all'effetto pro-osteoclastogenico di IL-21 dei pazienti affetti da MM. Infine, abbiamo testato, nel nostro modello in vitro, l’over-espressione di IL-21R attraverso vettori lentivirali, nonché l'uso di un inibitore della via di segnalazione di IL-21, per delineare una nuova strategia anti-osteoclastogenica per il MM. In conclusione i nostri risultati indicano che i monociti midollari dei pazienti con MM, rispetto a quelli con SMM e MGUS, sono caratterizzati da diversi profili sia trascrizionali che proteomici, tra cui l’over-espressione di IL-21R, putativamente coinvolta nella formazione degli osteoclasti MM-indotta.