Elucidation and overcoming molecular abnormalities associated with selection and resistance of acute myeloid leukemia clones by molecularly targeted agents

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23H02933
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 清井 仁 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (90314004)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 裕一 名古屋大学, 医学系研究科, 講師 (80721092)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 急性骨髄性白血病 / 分子標的薬 / 耐性クローン / クローン選択 / 分子異常

Outline of Annual Research Achievements

難治性急性前骨髄球性白血病（APL）クローンの分子病態解明を目的として、JALSG APL212試験再発例、APL-PDXモデルにおける移植細胞、生着細胞の全エクソン解析、トランスクリプトーム解析を実施し、難治性APL細胞における分子異常の特徴を検討した。8例の初診時検体、3例の再発時検体から従来樹立が困難といわれていたAPL-PDXモデルを樹立した。このうち、継代が可能であった4例は、全例再発を来し、PML::RARA short-form、FLT3-ITD変異を有していた。また、初診/再発時ペア検体とAPL-PDXモデルでの解析により、再発時に認められた遺伝子変異を有するクローンが、APL-PDXモデルにおいて選択的に生着、増殖することが確認された。
様々な分子病型を有する難治性AML-PDXモデルを樹立し、抗がん剤、分子標的薬（FLT3阻害薬、Azacitidine、Venetoclax）の投与後に骨髄中に残存する治療抵抗性細胞を分離した。FLT3阻害剤長期投与後残存細胞におけるシングルセルRNA-Seq解析により、複数のFLT3阻害剤に共通して細胞接着分子とそのリガンド複合体の高発現が認められ、分子標的薬治療後の臨床検体においても同様の所見が得られたことから、治療抵抗性に関わる分子病態であることが強く示唆され、その分子メカニズムについて検討を進めている。 また樹立したPDX細胞にシングルセルバーコードを導入し、これまでに7例のDNAバーコード導入PDXモデルを樹立した。更に、RNAバーコード導入PDXモデルの樹立を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初診時/再発時ペアAPL臨床検体とPDX生着APL細胞による解析から、APL-PDXモデルにおいても、他のＡＭＬと同様に再発/難治性クローンに認められる遺伝子異常を有するクローンが選択的に生着、増殖することを証明し、APLの難治性クローンの進展過程を解析する上での本モデルの有用性を確認した。この結果に基づき、シングルセルバーコードラベル化APL-PDXモデルに対して分子標的薬剤投与後の残存APL細胞の解析を行うことにより、難治性APLクローンの選択・進化過程を追跡する実験系の妥当性が証明された。
FLT3変異陽性AML-PDXモデルに対するFLT3阻害剤長期投与後に残存する治療抵抗性クローンにおけるシングルセルRNA-Seq解析の結果、複数のFLT3阻害剤に共通して発現亢進している分子を同定し、臨床的にFLT3阻害剤投与後再発を来したペア検体においても同様の所見が得られたことから、FLT3阻害剤耐性に関わる分子を同定できたと考えられる。現在、耐性機構に関わる分子機構を検証しており、耐性克服に向けた機構解明に繋がる成果が期待できる。
種々の分子異常を有するAML検体を用いたPDXモデルの作成を継続的に実施しており、それらAML-PDXモデルに対しBCL2阻害剤、脱メチル化剤などの投与後残存細胞の取得を進めると共に、シングルセルバーコードラベル化AML-PDXモデルの樹立も順調に進んでおり、当初予定の計画に沿って順調に進捗を認めている。

Strategy for Future Research Activity

APLにおけるクローン選択の解明
これまでに樹立したAPL-PDX細胞（PML-RARAにおけるATRA耐性変異が有るものと無いもの）について、シングルセルバーコードラベル化を行い、上記薬剤に加えて、ATRA、AM80、ATO 、IDR、CA、AZA、VENの投与を行い、投与後骨髄中に残存および再増殖を来したAPL細胞のクローン解析を細胞株と同様に行う。細胞株、PDXモデルでのATRA、AM80、ATO投与後の残存細胞の検討においては、分化誘導の有無を区別して解析するために、CD11bの発現を指標にソーティングを行った上で解析を進める。
FLT3遺伝子変異陽性AMLにおけるクローン選択の解明
シングルセルバーコードラベル化した変異FLT3発現32D細胞株を同型マウスC3Hに移植し、白血病を発症させたモデルに対し、FLT3阻害剤、VEN、DNR、CA、AZAを単独または併用投与を行い、残存および再増殖を来すクローンの分子病態をscRNA-Seqなどを用いて網羅的かつ経時的に解析する。本モデルでは、髄外腫瘤も形成されることが確認できているため、骨髄で増幅する難治性クローンと髄外腫瘤形成クローンとの比較解析も行う。移植モデルと同様の解析をシングルセルバーコードラベル化FLT3変異陽性AML-PDXを用いて解析する。初診時AML細胞由来PDXに加えて臨床的にGilteritinib耐性となったAML細胞由来のPDXモデルも樹立しており、これらを比較検討して解析を行う。
APL、FLT3変異陽性AML以外のAMLにおけるクローン選択の解明
樹立されているAML-PDXモデルに対し、VEN単独、およびAZA、CA、IDR、DNRとの併用投与後に残存する治療抵抗性AML細胞の解析を継続して進める。

Research Products

• [Journal Article] Utility of allogeneic stem cell transplantation for adult Ph+ALL with complete molecular remission (2024)
  • Author(s): Nishiwaki S, Sugiura I, Fujisawa S, Hatta Y, Atsuta Y, Doki N, Kurahashi S, Ueda Y, Dobashi N, Maeda T, Matsumura I, Tanaka M, Kako S, Ichinohe T, Fukuda T, Ohtake S, Ishikawa Y, Miyazaki Y, Kiyoi H
  • Journal Title: American Journal of Hematology Volume: 99 Pages: 806～815
  • DOI: 10.1002/ajh.27237
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epstein-Barr virus lytic gene BNRF1 promotes B-cell lymphomagenesis via IFI27 upregulation (2024)
  • Author(s): Sagou Ken、Sato Yoshitaka、Okuno Yusuke、Watanabe Takahiro、Inagaki Tomoki、Motooka Yashiro、Toyokuni Shinya、Murata Takayuki、Kiyoi Hitoshi、Kimura Hiroshi
  • Journal Title: PLOS Pathogens Volume: 20 Pages: e1011954
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1011954
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppression of super-enhancer-driven TAL1 expression by KLF4 in T-cell acute lymphoblastic leukemia (2023)
  • Author(s): Noura Mina、Matsuo Hidemasa、Yasuda Takahiko、Tsuzuki Shinobu、Kiyoi Hitoshi、Hayakawa Fumihiko
  • Journal Title: Oncogene Volume: 43 Pages: 447～456
  • DOI: 10.1038/s41388-023-02913-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-world data of MDS and CMML in Japan: results of JALSG clinical observational study-11 (JALSG-CS-11) (2023)
  • Author(s): Usuki K, Ohtake S, Honda S, Matsuda M, Wakita A, Nawa Y, Takase K, Maeda A, Sezaki N, Yokoyama H, Takada S, Hirano D, Tomikawa T, Sumi M, Yano S, Handa H, Ota S, Fujita H, Fujimaki K, Mugitani A, Kojima K, Kajiguchi T, Fujimoto K, Asou N, Usui N, Ishikawa Y, Katsumi A, Matsumura I, Miyazaki Y, Kiyoi H
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 119 Pages: 130～145
  • DOI: 10.1007/s12185-023-03686-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-world data of AML in Japan: results of JALSG clinical observational study-11 (JALSG-CS-11) (2023)
  • Author(s): Usuki K, Ohtake S, Honda S, Matsuda M, Wakita A, Nawa Y, Takase K, Maeda A, Sezaki N, Yokoyama H, Takada S, Hirano D, Tomikawa T, Sumi M, Yano S, Handa H, Ota S, Fujita H, Fujimaki K, Mugitani A, Kojima K, Kajiguchi T, Fujimoto K, Asou N, Usui N, Ishikawa Y, Katsumi A, Matsumura I, Kiyoi H, Miyazaki Y
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 119 Pages: 24～38
  • DOI: 10.1007/s12185-023-03677-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clonal hematopoiesis of a novel dic(18;20) clone following allogeneic hematopoietic stem cell transplantation (2023)
  • Author(s): Ito Makoto、Fukushima Nobuaki、Fujii Tomoki、Numata Masaya、Morikawa Shiori、Kawamura Yuma、Goto Miyo、Kohno Akio、Imahashi Nobuhiko、Yasuda Takahiko、Sanada Masashi、Ishikawa Yuichi、Kiyoi Hitoshi、Ozeki Kazutaka
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 119 Pages: 80～87
  • DOI: 10.1007/s12185-023-03673-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Outcomes of transplant-eligible patients with myelodysplastic syndrome with excess blasts registered in an observational study: The JALSG-CS11-MDS-SCT (2023)
  • Author(s): Nakagawa N, Ishiyama K, Usuki K, Takada S, Tomikawa T, Handa H, Katsuoka Y, Hirano D, Sezaki N, Sumi M, Fujisawa S, Taniguchi Y, Mugitani A, Yoshimura T, Ohtsuka E, Takase K, Suehiro Y, Ota S, Kajiguchi T, Maeda T, Yamamoto M, Ohtake S, Katsumi A, Kiyoi H, Matsumura I, Miyazaki Y.
  • Journal Title: Annals of Hematology Volume: 103 Pages: 307～320
  • DOI: 10.1007/s00277-023-05527-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dual CAR-T Cells Targeting CD19 and CD37 Are Effective in Target Antigen Loss B-cell Tumor Models (2023)
  • Author(s): Imai Kanae、Takeuchi Yuki、Terakura Seitaro、Okuno Shingo、Adachi Yoshitaka、Osaki Masahide、Umemura Koji、Hanajiri Ryo、Shimada Kazuyuki、Murata Makoto、Kiyoi Hitoshi
  • Journal Title: Molecular Cancer Therapeutics Volume: 23 Pages: 381～393
  • DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-23-0408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Targeting cis-regulatory elements of FOXO family is a novel therapeutic strategy for induction of leukemia cell differentiation (2023)
  • Author(s): Kurayoshi K, Takase Y, Ueno M, Ohta K, Fuse K, Ikeda S, Watanabe T, Nishida Y, Horike SI, Hosomichi K, Ishikawa Y, Tadokoro Y, Kobayashi M, Kasahara A, Jing Y, Shoulkamy MI, Meguro-Horike M, Kojima K, Kiyoi H, Sugiyama H, Nagase H, Tajima A, Hirao A
  • Journal Title: Cell Death Disease Volume: 14 Pages: 642
  • DOI: 10.1038/s41419-023-06168-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved Long-Term Net Survival after Allogeneic Hematopoietic Cell Transplantation in Patients with Hematologic Malignancies over Two Decades (2023)
  • Author(s): Ohbiki Marie、Ito Yuri、Inamoto Yoshihiro、Miyamura Koichi、Uchida Naoyuki、Fukuda Takahiro、Fujiwara Hiroki、Nishida Tetsuya、Hayashi Masayasu、Tanaka Masatsugu、Kawakita Toshiro、Ikegame Kazuhiro、Katayama Yuta、Ara Takahide、Ichinohe Tatsuo、Kiyoi Hitoshi、Matsuo Keitaro、Atsuta Yoshiko
  • Journal Title: Transplantation and Cellular Therapy Volume: 29 Pages: 768.e1～768.e10
  • DOI: 10.1016/j.jtct.2023.09.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Antibody response after third dose of COVID-19 mRNA vaccination in allogeneic hematopoietic stem cell transplant recipients is comparable to that in healthy counterparts (2023)
  • Author(s): Takagi Erina、Terakura Seitaro、Fujigaki Hidetsugu、Okamoto Akinao、Miyao Kotaro、Sawa Masashi、Morishita Takanobu、Goto Tatsunori、Ozawa Yukiyasu、Nishida Tetsuya、Fukushima Nobuaki、Ozeki Kazutaka、Hanajiri Ryo、Saito Kuniaki、Murata Makoto、Tomita Akihiro、Kiyoi Hitoshi
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 118 Pages: 462～471
  • DOI: 10.1007/s12185-023-03648-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-risk Combinations of Additional Chromosomal Abnormalities in Philadelphia Chromosome-positive Acute Lymphoblastic Leukemia: JALSG Ph+ALL TKI-SCT Study (2023)
  • Author(s): Nishiwaki S, Sugiura I, Fujisawa S, Hatta Y, Atsuta Y, Doki N, Kurahashi S, Ueda Y, Dobashi N, Maeda T, Taniguchi Y, Tanaka M, Kako S, Ichinohe T, Fukuda T, Ohtake S, Ishikawa Y, Kiyoi H, Matsumura I, Miyazaki Y
  • Journal Title: HemaSphere Volume: 7 Pages: e899～e899
  • DOI: 10.1097/HS9.0000000000000899
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Autologous peripheral blood stem cell transplantation for Philadelphia chromosome‐positive acute lymphoblastic leukemia is safe but poses challenges for long‐term maintenance of molecular remission: Results of the Auto‐Ph17 study (2023)
  • Author(s): Nishiwaki Satoshi、Sugiura Isamu、Sato Takahiko、Kobayashi Miki、Osaki Masahide、Sawa Masashi、Adachi Yoshitaka、Okabe Motohito、Saito Shigeki、Morishita Takanobu、Kohno Akio、Nishiyama Takahiro、Iida Hiroatsu、Kurahashi Shingo、Kuwatsuka Yachiyo、Sugiyama Daisuke、Ito Sachiko、Nishikawa Hiroyoshi、Kiyoi Hitoshi
  • Journal Title: eJHaem Volume: 4 Pages: 358～369
  • DOI: 10.1002/jha2.677
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nelarabine, intensive L-asparaginase, and protracted intrathecal therapy for newly diagnosed T-cell acute lymphoblastic leukaemia in children and young adults (ALL-T11): a nationwide, multicenter, phase 2 trial including randomisation in the very high-risk group (2023)
  • Author(s): Sato A, Hatta Y, Imai C, Oshima K, Okamoto Y, Deguchi T, Hashii Y, Fukushima T, Hori T, Kiyokawa N, Kato M, Saito S, Anami K, Sakamoto T, Kosaka Y, Suenobu S, Imamura T, Kada A, Saito AM, Manabe A, Kiyoi H, Matsumura I, Koh K, Watanabe A, Miyazaki Y, Horibe K
  • Journal Title: The Lancet Haematology Volume: 10 Pages: e419～e432
  • DOI: 10.1016/S2352-3026(23)00072-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EBF1-JAK2 inhibits the PAX5 function through physical interaction with PAX5 and kinase activity (2023)
  • Author(s): Kojima Yukino、Kawashima Fumika、Yasuda Takahiko、Odaira Koya、Inagaki Yuichiro、Yamada Chiharu、Muraki Ami、Noura Mina、Okamoto Shuichi、Tamura Shogo、Iwamoto Eisuke、Sanada Masashi、Matsumura Itaru、Miyazaki Yasushi、Kojima Tetsuhito、Kiyoi Hitoshi、Tsuzuki Shinobu、Hayakawa Fumihiko
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 118 Pages: 65～74
  • DOI: 10.1007/s12185-023-03585-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinicopathological characteristics associated with the engraftment of patient lymphoma cells in NOG mice (2023)
  • Author(s): Sahashi Satomi、Shimada Kazuyuki、Takagi Yusuke、Aoki Tomohiro、Kunou Shunsuke、Sakamoto Akihiko、Murase Atsushi、Furukawa Katsuya、Kagaya Yusuke、Yamaga Yusuke、Takai Mika、Tokuyama Kiyonobu、Shimada Satoko、Nakamura Shigeo、Kiyoi Hitoshi
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 118 Pages: 221～230
  • DOI: 10.1007/s12185-023-03604-z
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development and Efficacy of a Novel Bromodomain and Extraterminal Domain Degrader K-256 in MYC/BCL2-Related Lymphoma (2023)
  • Author(s): Furukawa, Kastuya; Shimada, Kazuyuki; Esaki, Masahiro; Tanaka, Kentaro; Yamamoto, Keisuke; Mori, Kiyotoshi; Kiyoi, Hitoshi
  • Organizer: 65th Annual Meeting of the American-Society-of-Hematology (ASH)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Suppression of Super-Enhancer-Driven TAL1 Expression By KLF4 in T-Cell Acute Lymphoblastic Leukemia (2023)
  • Author(s): Noura, Mina; Yasuda, Takahiko; Tsuzuki, Shinobu; Matsuo, Hidemasa; Kiyoi, Hitoshi; Hayakawa, Fumihiko
  • Organizer: 65th Annual Meeting of the American-Society-of-Hematology (ASH)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of Metabolic Mechanism of CD19CAR-T with CD79A/CD40 Co-Stimulatory Domain Based on Comparison with Established CAR-Ts (2023)
  • Author(s): Takeuchi, Yuki; Terakura, Seitaro; Hirano, Shiho; Yokota, Hirofumi; Kuwano, Shihomi; Osaki, Masahide; Adachi, Yoshitaka; Imai, Kanae; Julamanee, Jakrawadee; Hanajiri, Ryo; Murata, Makoto; Kiyoi, Hitoshi
  • Organizer: 65th Annual Meeting of the American-Society-of-Hematology (ASH)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Refractory acute promyelocytic leukemia clones’ biological significance by patient-derived xenograft (2023)
  • Author(s): Takashi Kurokawa, Yuichi Ishikawa, Yoko Ushijima, Naomi Kawashima, Satoshi Iwata, Seara Naruse, Jeong-Hui Kim, Marie Nakashima, Takahiro Nishiyama, Takanobu Morishita, Norihiro Ueda, Koichi Watamoto, Tetsuya Nishida, Kunio Kitamura, Hitoshi Kiyoi
  • Organizer: 第85回日本血液学会学術集会
• [Presentation] The efficacy of BTK inhibitor in IVLBCL preclinical mouse models. (2023)
  • Author(s): Takai, Mika; Shimada, Kazuyuki; Kiyoi, Hitoshi
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会