ROLE OF WARBURG EFFECT RELATED MICRO-RNAS AND HISTONE DEACETYLASE ENZYMES HDAC4 AND SIRT6 IN THE PATHOGENESIS OF ADULT HEMATOLOGICAL MALIGNANCIES

A hematológiai malignus betegségek patogeneziséhez igazoltan hozzájárulnak a DNS-metilációs mintázatban, a hisztonkódban, illetve a mikro-RNS-ek expressziós szintjében bekövetkező változások, továbbá a malignusan transzformálódott sejtek metabolizmusának Warburg effektusként ismert, jellegzetes átalakulása. Az epigenetikai és metabolikus eltérések gyakran már a betegség korai stádiumában kialakuló, reverzibilis változások, ezért ígéretes terápiás célpontok. Munkánk során hematológiai malignus betegségekben, elsősorban akut mieloid leukémiában szenvedő felnőtt betegek csontvelő mintáiban vizsgáltuk mikro-RNS-ek és hiszton deacetiláz enzimek expressziós szintjét Western blot analízis, valamint reverz transzkripció és kvantitatív polimeráz láncreakció segítségével. Vizsgálati panelünkben szerepelt a miR-378*, a miR-23b, illetve a miR-26a, melyek szolid tumorokban igazoltan szerepet játszanak a Warburg effektus kialakulásában. Vizsgáltuk három további, hematológiai malignus betegségekben jól karakterizált mikro-RNS, a tumorszuppresszor miR-124, az onkogén miR-155, valamint a mieloid sejtek differenciációjának szabályozásáért felelős miR-125b expressziós szintjét. A hiszton deacetiláz enzimek közül a glikolízis és a hemopoézis epigenetikai szabályozásáért egyaránt felelős, NAD+-függő SIRT6, továbbá a NAD+-független HDAC4 expresszióját tanulmányoztuk, melynek up-regulációja gyermekkori ALL-ben kemorezisztenciával és a betegség kedvezőtlen kimenetelével társul. Legfőbb célkitűzéseink a miR-378*, miR-23b, miR-26a, SIRT6 és HDAC4 felnőttkori hematológiai malignus betegségek patogenezisében betöltött szerepének tisztázása, valamint a NAD+-függő és NAD+-független hiszton deacetiláz enzimek expressziós szintje közötti összefüggés tanulmányozása volt. Vizsgálataink során erős pozitív korrelációt észleltünk a SIRT6 és a HDAC4 fehérjeszintű expressziós szintje között, ami a NAD+-függő és NAD+-független hiszton deacetiláz enzimek szinergisztikus szerepét jelzi a patogenezisben. A szolid tumorokban Warburg effektussal összefüggésbe hozott miR-378*, miR-23b és miR-26a expressziós szintje pozitívan korrelált egymással, a hemopoézis szabályozásában jelentős miR-125b és az onkogén miR-155 szintjével, valamint negatívan a tumorszuppresszor miR-124 szintjével. Ezen eredményeink a miR-378*, miR-23b és miR-26a felnőttkori hematológiai malignus betegségek patogenezisében betöltött szerepét igazolják. Pozitív korrelációt észleltünk a SIRT6 mRNS és a miR-26a szintje között, továbbá a HDAC4 mRNS expressziós szintje pozitívan korrelált a miR-378*, miR-23b, miR-26a, miR-125b és a miR-155 szintjével. Mindkét vizsgált hiszton deacetiláz enzim mRNS-szintű expressziós szintje negatívan korrelált a tumorszuppresszor miR-124 szintjével. Mindezek alapján a SIRT6 és a HDAC4 onkogén szerepe egyaránt felvetődik. Közülük a HDAC4 patogenezisben betöltött szerepéhez valószínűbb a Warburg effektust elősegítő metabolikus hatások hozzájárulása, míg a SIRT6 esetén vélhetően nem a metabolizmusra, hanem a hemopoézisre kifejtett hatás a jelentősebb. A diagnózis idején megállapított fehérvérsejtszámmal több vizsgált gén expressziós szintje is korrelált. A FAB M5 altípusú AML kezelésének első négy hete során mind a vizsgált hiszton deacetiláz enzimek, mind a mikro-RNS-ek expressziós szintjében változásokat észleltünk, melyek legfontosabb potenciális klinikai alkalmazása az alkalmazott kezelés eredményességének előrejelzése lehet. A vizsgált gének expressziós szintjének az AML egyes alcsoportjai közötti összehasonlítása során statisztikailag szignifikáns különbségeket állapítottunk meg. Az epigenetikai és metabolikus változások citogenetikai és molekuláris genetikai eltérésekkel történő együttes értékelése által a jövőben létrejöhet egy árnyaltabb prognosztikai rendszer, mely a személyre szabott kezelés elősegítésével a terápiás eredmények javulásához vezethet.It has been confirmed, that changes in the DNA methylation pattern, the histone code, the expression levels of microRNAs and characteristic metabolic alterations referred to as the Warburg effect are all important contributors of the pathogenesis of hematological malignant diseases. Epigenetic and metabolic changes are reversible etiologic factors of leukemia, developing in early stages of the disease, therefore they are promising therapeutic targets. We investigated the expression levels of microRNAs and histone deacetylase enzymes by Western blot analysis and reverse transcription with quantitative polymerase chain reaction in the bone marrow specimens of adult patients with malignant hematological diseases, principally acute myeloid leukemia. In solid tumors, miR-378*, miR-23b and miR-26a contribute to the development of the Warburg effect. In addition, we determined the expression level of the tumorsuppressor miR-124, the oncogenic miR-155 and the hemopoesis regulator miR-125b, which are well-characterized microRNAs in hematological malignant diseases. Among histone deacetylase enzymes, we evaluated the level of the NAD+-dependent SIRT6, responsible for the epigenetic regulation of both glycolysis and hemopoesis, and the NAD+-independent HDAC4, which up-regulation is associated with chemoresistance and adverse prognosis in acute lymphoblastic leukemia of the childhood. Our major aims were to elucidate the role of miR-378*, miR-23b, miR-26a, SIRT6 and HDAC4 in the pathogenesis of malignant hematological diseases of the adulthood, and to investigate the relationship between the expression levels of NAD+-dependent and NAD+-independent histone deacetylase enzymes as well. We observed strong positive correlation between the expression levels of SIRT6 and HDAC4 proteins, that indicates the synergistic pathogenetic role of NAD+-dependent and NAD+-independent histone deacetylase enzymes. The expression levels of miR-378*, miR-23b and miR-26a positively correlated with each other, with the level of miR-125b and the oncogenic miR-155, while negative correlation was found with the expression level of the tumorsuppressor miR-124. These results confirm the role of the Warburg effect related miR-378*, miR-23b and miR-26a in the pathogenesis of hematological malignant diseases of the adulthood. Positive correlation was detected between the expression levels of SIRT6 mRNA and miR-26a, moreover, the level of HDAC4 mRNA also showed positive correlation with the expression of miR-378*, miR-23b, miR-26a, miR-125b and miR-155. The expression level of both SIRT6 and HDAC4 mRNA negatively correlated with the level of the tumorsuppressor miR-124. These relationships imply the potential oncogenic property of SIRT6 and HDAC4. Among the two investigated histone deacetylase enzymes, the contribution of Warburg effect promoting metabolic influence is more likely to the pathogenetic role of HDAC4, while in the case of SIRT6, probably its impact on the epigenetic regulation of hemopoesis is more important than metabolic consequences. The expression levels of some genes also showed statistically significant correlation with the white blood cell count determined at the time of the diagnosis. During the first four weeks of the treatment of FAB M5 subtype of AML, the expression levels of both microRNAs and histone deacetylase enzymes have changed, which most important clinical application could be to predict the efficiency of a distinct therapeutic approach. Comparison of the gene expression levels between the different subgroups of AML revealed statistically significant differences. The comprehensive evaluation of epigenetic, metabolic, cytogenetic and molecular genetic alterations may lead to more complex prognostic stratification that could contribute to personalized treatment in a significant manner, leading to improved therapeutic results