Heparan sulfate proteoglycans: key moderators of the interaction of multiple myeloma with the bone marrow niche
Op 11 januari 2019 promoveerde dr. Zemin Ren aan de Universiteit van Amsterdam op zijn proefschrift getiteld “Heparan sulfate proteoglycans: key moderators of the interaction of multiple myeloma with the bone marrow niche”.
Inleiding
Multipel myeloom (MM) is een veelal ongeneeslijke hematologische maligniteit die wordt gekenmerkt door de klonale expansie van kwaadaardige plasmacellen in het beenmerg (BM). De overleving en proliferatie van myeloomcellen in het beenmerg is sterk afhankelijk van signalen afkomstig uit de micro-omgeving.
R-spondin/LGR4 signalering en de activatie van de Wnt-signaleringsroute in MM
In veel gevallen van multipel myeloom is buitensporige activatie van Wnt/ β-catenine signalering een belangrijke oorzaak van proliferatie en geassocieerd met ziekteprogressie. Omdat activerende mutaties in deze signaleringsroute zeer zelden voorkomen bij myeloompatiënten, suggereert dit dat Wnt-signalering in MM gedreven wordt door autocriene en/of paracriene Wnt-liganden. In het proefschrift wordt de tot dusver onbekende rol van R-spondin/LGR4 signalering bij de activatie van de Wnt-signaleringsroute in MM beschreven. Het laat zien LGR4 komt tot expressie komt in primaire myeloomcellen en in humane MM-cellijnen, maar niet in gezonde plasmacellen of B-cellen in een eerder ontwikkelingstadium. De overmatige expressie van LGR4 in MM-cellen wordt transcriptioneel gereguleerd door IL-6/STAT3-signalering. De expressie van LGR4 biedt myeloomcellen de mogelijkheid door (pre-)osteoblasten geproduceerde R-spondins aan zich te binden. Dit zorgt vervolgens voor stabilisatie van de Wnt-receptor, resulterend in sterk verhoogde gevoeligheid voor autocriene en paracriene Wnt-liganden. Het proefschrift laat zien dat remming van Wnt/β-catenine signalering door het blokkeren van β-catenine gemedieerde transcriptie, het remmen van autocriene Wnt secretie of het verlagen van LGR4 expressie de deling van myeloomcellen in zeer sterke mate vermindert. Hieruit wordt geconcludeerd dat R-spondin/LGR4 signalering sterk betrokken is bij de activatie van de Wnt-signaleringsroute in MM. Deze resultaten pleiten voor LGR4 als een potentieel therapeutisch target voor de behandeling van MM.
Syndecan-1 en de activatie van de Wnt-signaleringsroute in MM
Hoge expressie van syndecan-1 is een belangrijk kenmerk van zowel gezonde plasmacellen als van kwaadaardige myeloomcellen. Het proefschrift laat voor het eerst zien dat humane myeloomcellijnen constitutieve activatie van de Wnt/β-catenine signaleringsroute vertonen en dat remming hiervan, door het blokkeren van β-catenine gemedieerde transcriptie of onderdrukken van autocriene Wnt secretie, resulteert in verminderde celgroei. Gedemonstreerd wordt dat zowel humane myeloomcellijnen als primaire myeloomcellen in hoge mate heparaansulfaten (HS) tot expressie brengen op de celmembraan. Vervolgens laat het proefschrift zien dat CRISPR/Cas9-gemedieerde knock-out van EXT1 resulteert in volledig verlies van syndecan-1 HS op het celoppervlak. In afwezigheid van heparaansulfaten laten myeloomcellen sterk verminderde autocriene Wnt/β-catenine signalering zien en verminderde expressie van door Wnt gereguleerde genen. Daarnaast resulteerde induceerbare knockdown van EXT1 in een significante vermindering van de MM celgroei. Belangrijk is dat de verminderde groei als gevolg van HS-deficiëntie niet hersteld kon worden door de myeloomcellen te kweken samen met stromale cellen uit het beenmerg (BMSCs). Verlies van HS vermindert ook de activatie van Wnt-signalering door paracriene Wnt-liganden. Co-stimulatie met R-spondin is noodzakelijk voor de optimale activatie van Wnt-signalering in een aantal myeloomcellijnen en in primaire myeloomcellen. Verlies van syndecan-1 HS zorgt dat het stimulerende effect van R-spondin op Wnt-signalering wegvalt. Regulatie van Wnt-signalering door syndecan-1 kan mechanistisch gezien plaatsvindt door binding van Wnt-liganden en R-spondins aan de betreffende zijketens. Thrombospondin domein van R-spondin is essentieel voor het versterkende effect op Wnt-signalering en dat dit een belangrijke rol speelt bij de interactie tussen R-spondin en HS. Samengevat: HS-zijketens die syndecan-1 bekleden in staat zijn Wnt en R-spondins te binden, resulterend in excessieve Wnt-signalering en versnelde celdeling in MM.
CXCL12γ en de regulatie van MM adhesie en drugresistentie
CXCL12α wordt geproduceerd door stromale cellen in het beenmerg en speelt een belangrijke rol bij de homing en adhesie van myeloomcellen in de BM niche. De rol van CXCL12γ, een product van alternatieve splicing, in de MM micro-omgeving is echter nog onbekend. Het proefschrift laat zien dat CXCL12γ in situ tot expressie komt in zowel gezond beenmerg als in de MM beenmerg micro-omgeving en ook in uit het beenmerg geïsoleerde stromale cellen en stromale cellijnen. Belangrijk is dat, na uitscheiding, CXCL12γ aanwezig blijft op het celoppervlak van deze stromale cellen door binding aan heparaan sulfaat proteoglycanen (HSPGs). Behandeling met recombinant CXCL12γ zorgt voor sterke adhesie van myeloomcellen aan VCAM-1 en fibronectine. Interessant is dat deletie van zowel de CXCL12γ isovorm als van EXT1 in BMSCs zorgt voor sterke vermindering van adhesie van myeloomcellen aan deze stromale cellen. Ook zorgt het voor verminderde bescherming tegen bortezomib-geïnduceerde celdood wat suggereert dat aan HSPGs gebonden CXCL12γ een belangrijke rol speelt bij adhesie-gemedieerde drugresistentie. De data gepresenteerd impliceren dat CXCL12γ functioneert als een zogenaamde ‘niche chemokine’, die tezamen met expressie van HSPGs, een unieke rol speelt bij het reguleren van MM adhesie, retentie in het beenmerg en drugresistentie.
HSPGs en de interactie tussen normale en kwaadaardige plasmacellen en de beenmerg micro-omgeving
Het proefschrift behandelt de cruciale rol van HSPGs in de interactie tussen normale en kwaadaardige plasmacellen en de beenmerg micro-omgeving. Na differentiatie van B-cellen tot plasma cellen wordt de B-cel-receptor (BCR) niet langer op de celmembraan tot expressie gebracht. De overleving van plasmacellen in het beenmerg is voornamelijk afhankelijk van overlevingssignalen afkomstig uit de BM micro-omgeving. Plasmacellen verwerven een hoge expressie van de HSPG syndecan-1. In deze review wordt eerst de B-celontwikkeling en de structuur, synthese en algemene functie van HSPG geïntroduceerd. Daarna wordt onderzoek besproken dat laat zien dat syndecan-1 een essentiële rol speelt bij de ontwikkeling van B-cel tot plasmacel en bij de pathogenese van MM. Vervolgens wordt beschreven hoe syndecan-1 de overleving van gezonde plasmacellen en myeloomcellen beïnvloedt. Syndecan-1 stimuleert de overleving van gezonde plasmacellen en myeloomcellen door interactie met verschillende groeifactoren en cytokines zoals IL6, APRIL, HGF, Wnts, R-spondins en HB-EGF, die allemaal geproduceerd worden in de beenmerg micro-omgeving. Aansluitend worden de HSPGs in de beenmergniche beschreven waarbij de focus met name ligt op de rol van HSPGs bij adhesie en BMSC-geïnduceerde drugresistentie. Tenslotte worden klinische studies en huidige behandelingsmogelijkheden die aangrijpen op HSPGs en/of hun modificerende enzymen bediscussieerd.
------------------------------------------------------------------
Ren, Z. (2019). Heparan sulfate proteoglycans: key moderators of the interaction of multiple myeloma with the bone marrow niche.
Promotor:Prof. dr. S.T. Pals, AMC-UvA. Copromotor: Dr. M. Spaargaren, AMC-UvA
(https://dare.uva.nl/search?identifier=49ceef25-e3f0-403c-8421-51ed6df70446 )
