Mechanismen der Immunproteasom Hemmung und deren Einfluss transkriptionelle Homöostase bei KMT2A-rearrangierter AML

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Heidel
• Fachliche Zuordnung: Hämatologie, Onkologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449291356

Chromosomentranslokationen bei akuter myeloischer Leukämie (AML) können zu onkogenen Fusionen mit aberranten epigenetischen und transkriptionellen Funktionen führen. Leukämien, die durch Fusions-Onkogene ausgelöst werden, stellen nach wie vor eine therapeutische Herausforderung dar. Während zielgerichtete Therapien die Therapie der AML verbessert haben, war die direkte Hemmung von onkogenen Fusionen bisher nicht erfolgreich. Bestimmte Leukämien, die Rearrangements des KMT2A-Gens (KMT2A-r) aufweisen, haben eine besonders schlechte Prognose, da die Krankheit häufig persistiert und eine hohe Rückfallquote besteht. Die pharmakologische Behandlung von Chromatin-assoziierten Proteinkomplexen hat bei der AML mit KMT2A-Rearrangement (KMT2A-r) signifikante Erfolge gezeigt, doch entwickelt sich häufig eine Resistenz gegen die Wirkstoffe in der Monotherapie. Dies weist auf den Bedarf an therapeutischen Kombinationen hin, die auf verschiedene Mechanismen abzielen. In der ersten Förderperiode haben wir die katalytische Immunoproteasom (IP-) -Untereinheit PSMB8 als eine spezifische Schwachstelle identifiziert. Die genetische und pharmakologische Inaktivierung von PSMB8 führt zu einer gestörten Proliferation von humanen und murinen KMT2A-r Leukämiezellen, während normale hämatopoetische Zellen davon unberührt bleiben. Die Störung der Immunoproteasom-Funktion führt zu einem Anstieg des Transkriptionsfaktors BASP1, der wiederum die Zielgene des KMT2A-Fusionsproteins unterdrückt. Die pharmakologische Hemmung von PSMB8 verbessert die Wirksamkeit von Menin-Inhibitoren, reduziert synergistisch die Leukämie in Patient-derived Xenograft (PDX-) Modellen und zeigt zudem Aktivität gegen Menin-Inhibitor-Resistenzmutationen. Damit wird ein zelleigener Mechanismus identifiziert und validiert, bei dem eine selektive Störung der Proteostase zu einer veränderten Abundanz von Transkriptionsfaktoren und zur Unterdrückung onkogenspezifischer Transkriptions-netzwerke führt. Diese Daten zeigen, dass PSMB8 ein relevantes therapeutisches Ziel bei der KMT2A-r AML ist und dass die gezielte Beeinflussung des IP in Kombination mit Menin-Inhibition ein neuer Ansatz für die Behandlung von KMT2A-r AML sein könnte. In der zweiten Förderperiode wollen wir (i) den Einfluss von PSMB8 auf die UPS-Funktion durch Proteomanalyse und funktionelle Validierung mittels CIRPSR/Cas9-vermittelter Inaktivierung von UPS-Molekülen analysieren, (ii) die Regulierung des BASP1-Transkriptionsfaktorkomplexes bei KMT2A-r AML durch Interaktomanalysen und Chromatin-Immunpräzipitationsstudien untersuchen und (iii) die Auswirkungen der (Immuno-)Proteasom-Funktion auf die Regulierung posttranslationaler Modifikationen (PTMs) durch globale und funktionelle Zellsignalstudien bewerten. Mit den hier definierten Zielen soll ermittelt werden, wie (mechanistisch) die Störung der Homöostase von Transkriptionsfaktoren und die Störung des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) zu dieser funktionellen Abhängigkeit beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen