Identificazione di una dipendenza epi-metabolica da EHMT2/G9a in Leucemia linfoblastica acuta a cellule T

Introduzione: L'identificazione di geni coinvolti nella metilazione del DNA e nelle modificazioni istoniche post-traduzionali nelle neoplasie ematologiche offre un'opportunità per un nuovo intervento terapeutico, orientato all'inversione o alla modulazione degli eventi epigenetici alla base di queste malattie. Infatti, nella leucemia mieloide acuta (AML) e nelle sindromi mielodisplastiche (MDS) i pattern di metilazione sono alterati da mutazioni nei geni TET2, IDH1, IDH2, DNMT3A e WT1 e le terapie abbinate hanno dimostrato un'attività clinica promettente. Nella leucemia linfoblastica acuta a cellule T (T-ALL) gli approcci guidati dall'epigenetica non sono ancora ben convalidati, specialmente nell'impostazione recidivante/refrattaria (R/R). In questo progetto, abbiamo cercato di identificare le dipendenze epigenetiche drogabili in T-ALL per anticipare potenziali interventi sinergici in R/R T-ALL. Metodi: Abbiamo sfruttato i risultati di uno screening chimico e shRNA centrato sull'epigenoma per identificare le dipendenze dei modificatori della cromatina in T-ALL. Abbiamo dato la priorità alla proteina conservata lisina H3K9me2-1 metiltransferasi, G9a/EHMT2 in base all'effetto dell'inibizione mirata sulla vitalità cellulare e all'espressione preferenziale nella leucemia rispetto al midollo osseo normale. Abbiamo descritto le conseguenze fenotipiche della perdita di G9a dovuta all'inibizione di piccole molecole o alla soppressione genetica. La preponderanza dei risultati ha indicato un ruolo di G9a nel controllo degli effettori del metabolismo del glicogeno. Lo abbiamo confermato come segue: 1) funzionalmente mediante flussi glicolitici e analisi della disfunzione mitocondriale, 2) trascrizionalmente sovrapponendo un geneset in cui abbiamo soppresso G9a utilizzando piccole molecole o CRISPR/Cas9, con firme GEO del fattore di trascrizione curato per identificare i denominatori comuni della segnalazione G9a. Infine, abbiamo convalidato la nostra ipotesi in scaffold 3D e modelli di xenotrapianti ortotopici di T-ALL. Risultati: Abbiamo identificato EHMT2 come una dipendenza trascrizionale in T-ALL dall'intersezione di uno shRNA e screening chimici entrambi focalizzati sui modificatori epigenetici. Gli inibitori di G9a competitivi e non competitivi, BIX01294, UNC0638 e UNC0642, o la soppressione genetica di G9a riducono la proliferazione di T-ALL portando le cellule in uno stadio apoptotico tardivo. Alle stesse condizioni, il livello di H3K9me2 diminuisce selettivamente rispetto ad altri marcatori epigenetici, suggerendo l'effetto sul bersaglio del fenotipo osservato. Le cellule T-ALL prive di G9a presentano un numero maggiore di vacuoli autofagici contenenti glicogeno. È interessante notare che l'accumulo di glicogeno è sostenuto dall'inattivazione della glicogeno sintasi chinasi 3 (GSK-3) in più linee cellulari di T-ALL prive di G9a. Successivamente ci siamo chiesti se G9a altera il metabolismo del glucosio e dimostrato una riduzione del consumo di ossigeno durante il trattamento con gli inibitori di G9a, suggerendo che G9a altera l'equilibrio tra glicolisi e gluconogenesi. Coerentemente la mancanza di glucosio, secondaria al trattamento con 2-desossi-d-glucosio (2-DG), salva la formazione di autofagosomi al trattamento con G9a. L'analisi dell'arricchimento trascrizionale della perdita di EHMT2 ha mostrato che il sensore metabolico SESN2 è represso sulla modulazione di G9a e, a sua volta, la perdita di SESN2 riassume l'effetto osservato con l'inibizione di G9a. Infine, abbiamo dimostrato che l'UNC0642 altera la crescita della leucemia sia nello scaffold 3D T-ALL da campioni clinici sia in un modello ortotopico di xenotrapianto di T-ALL in cui la perdita di H3K9me2 è parallela all'effetto antileucemico osservato con questo farmaco. Conclusione: In conclusione, abbiamo identificato G9a come una vulnerabilità epigenetica in T-ALL. Corollario a ciò, abbiamo descritto un ruolo di G9a nel controllo di un circuito metabolico con SESN2 e GSK-3 come effettori a valle di una morte cellulare autofagica.