Study of the metabolic profile in Acute Myeloid Leukemia (AML) cell lines

Abstract

A leucemia mieloide aguda (LMA) compreende um grupo heterogéneo de neoplasias hematológicas agressivas que ocorrem na medula óssea como resultado de várias alterações genéticas que promovem diferenciação anormal e proliferação descontrolada de células estaminais hematopoiéticas. Esta doença clonal causa a acumulação excessivo de progenitores mieloides imaturos, denominados blastos. Avanços recentes nas áreas da genómica e biologia molecular levaram a uma melhor compreensão da doença, no entanto, os mecanismos moleculares subjacentes à resistência à quimioterapia e à progressão da LMA são ainda pouco conhecidos. Nos últimos anos, tem sido descrito que muitos dos intermediários do ciclo de Krebs têm um papel preponderante na predisposição para o desenvolvimento de LMA. Várias enzimas que participam do ciclo de Krebs são encontradas mutadas em doentes com LMA, como o caso das enzimas isocitrato desidrogenase 1 e 2 (IDH1/2). É sugerido que a presença de mutações nos genes que codificam para as enzimas IDHs tem impacto no metabolismo lipídico. Assim, o objetivo geral deste trabalho foi investigar o papel do metabolismo lipídico no contexto da fisiopatologia da LMA e como a presença de enzimas IDHs mutadas afetam esse metabolismo. Três diferentes linhas celulares de LMA foram usadas para o estudo, a linha celular NB-4 que se refere a um modelo de leucemia promielocítica aguda - M3 (doente em segunda recidiva), HL-60 que é uma linha celular de um doente com leucemia mieloblástica - M2 e KG-1 derivado de doente com eritroleucemia - M6. Os dados aqui apresentados sugerem que a presença de polimorfismos de nucleótido simples nos genes IDH1 e IDH2, particularmente o IDH1rs11554137T/T presente na linha celular NB 4 induziu a produção de 2-HG e uma reprogramação metabólica para aumento da biogénese de lipídios. A dependência de aminoácidos também foi revelada por estas células. Em contraste, a linha celular OXPHOS KG-1, que é heterozigótica para o IDH1rs11554137, exibiu menores níveis de 2-HG, conteúdo de lipídios e dependência de aminoácidos. De maneira geral, os resultados reforçam que não existe um perfil metabólico específico associado à tumorigénese da LMA e que a estratégia terapêutica deve passar por uma terapia personalizada ajustada à heterogeneidade desse grupo de neoplasias.

Acute myeloid leukemia (AML) is comprises a heterogeneous group of aggressive hematologic neoplasms that occurs in the bone marrow as a result of several genetic alterations that promote abnormal differentiation and uncontrolled proliferation of hematopoietic stem cells. This clonal disease cause an excessive accumulation immature myeloid progenitors, denominated blasts. Recent advances in genomics and molecular biology improved the knowledge about this disease, nevertheless the main molecular mechanisms underlying chemotherapy resistance and AML progression are still poorly understood. In recent years, it has been described that many of the Krebs cycle intermediates, central molecules in the synthesis of nucleotides, lipids and amino acids necessary for cell proliferation, have a preponderant role in predisposition to the development AML. Several enzymes that participate in the Krebs cycle are found mutated in AML patients, such as isocitrate dehydrogenase 1 and 2 (IDH 1/2) enzymes. It is suggested that the presence of mutated IDHs impacts on lipid metabolism. Thus, the overall objective of this work was to investigate the role of lipid metabolism in the context of AML pathophysiology, and how the presence of mutated IDHs affect that metabolism. Three different AML cell lines were used for the study, NB-4 cell line which refers to a model of acute promyelocytic leukemia – M3 (patient in second relapse), HL-60 which is a cell line from a patient with myeloblastic leukemia – M2 and KG-1 derived from a patient with erythroleukemia – M6. Data herein presented suggest that the presence of single nucleotide polymorphism (SNPs) in IDH1 and IDH2, particularly IDH1rs11554137T/T in NB-4 cells induced the production of 2-HG, and a metabolic reprograming for increased lipids biogenesis. A major amino acids dependency was also revealed by NB-4 cells. In contrast, the OXPHOS cell line KG-1, which is heterozygous for IDH1rs11554137, exhibited lower 2-HG/α-KG ratio, lipids content and amino acids dependency. In general, the results reinforce that there is no specific metabolic profile associated with AML tumorigenesis and that the therapeutic strategy must pass through personalized therapy adjusted to the heterogeneity of this group of neoplasms.