Modeling of MLL-AF9-rearranged pediatric leukemia:Identification of mechanisms and potential targets

Het onderzoek in dit proefschrift richt zich op het ontwikkelen van nieuwe in vitro en in vivo modellen om zo meer inzicht te krijgen in de mechanismen die betrokken zijn bij leukemische transformatie, met als doel nieuwe therapeutische targets te identificeren. De studies beschreven in dit proefschrift zijn voornamelijk gefocust op leukemie geïnduceerd door MLL-AF9, een oncogen dat een veelvoorkomend subtype van kinderleukemie veroorzaakt.Voor het ontwikkelen van een in vivo model werd gebruikt gemaakt van keramische partikels gecoat met humane mesenchymale stromale cellen welke vervolgens subcutaan geïmplanteerd werden in immuun deficiënte muizen. Dit resulteerde in een humane beenmerg omgeving in de muis waarin de ontwikkeling van leukemie bestudeerd kon worden. In dit model hebben we, met behulp van lenti- en retroviraal MLL-AF9-getransduceerde hematopoietische stamcellen alsmede primair patiënten materiaal zowel myeloïde als lymfatische leukemie kunnen initiëren in de muis. Een aantal cytokines, zoals interleukine-3 (IL-3) en trombopoietine (TPO), zijn belangrijk voor de ontwikkeling van MLL-AF9-geïnitieerde leukemie, maar worden niet door stromale cellen zelf geproduceerd. Daarom hebben we het in vivo model verder ontwikkeld door de mesenchymale stromale cellen genetisch te modificeren en ze zo IL-3 en TPO te laten produceren. Deze manier van modificatie van de humane beenmerg omgeving stelt ons in de toekomst ook in staat om het belang van omgevingsfactoren in beenmerg in verder detail te bestuderen. Tenslotte, in een poging om essentiële signaaltransductie netwerken in MLL-AF9 patiënten te identificeren, hebben we ontdekt dat deze leukemie cellen sterk afhankelijk zijn van signaaltransductie routes gerelateerd aan zowel het FLT3 ligand als BRD3/4.The work presented in this thesis focuses on the establishment of novel in vitro and in vivo models to study mechanisms of leukemic transformation and to identify new potential druggable targets. MLL-AF9, an oncogene causing a particular subtype of pediatric leukemia, was chosen as the main model for these studies because of its unique biological features and also because of its high frequency in pediatric leukemias.We took advantage of an in vivo model in which NSG mice are subcutaneously implanted with ceramic scaffolds seeded with human mesenchymal stromal cells in order to generate a human bone marrow (huBM-sc)-like niche. We established a huBM-sc xenograft model in which the myeloid and lymphoid features of MLL-AF9 leukemias can be studied in detail, both using lenti/retroviral model systems as well as patient samples. Also, the efficacy of novel drugs can be evaluated in these mice. Next, we further improved this in vivo model by using MSCs that we genetically engineered to express important cytokines that we identified being expressed at low levels in MSCs, such as IL3 and TPO. This study indicated that the humanized scaffold xenograft model allows for relatively simple genetic engineering of the BM microenvironment and this will be useful for further functional studies of the importance of niche factors for normal and malignant human hematopoiesis. Lastly, we aimed to identify targetable signaling networks in human MLL-AF9 leukemias and showed that MLL-AF9 cells critically depend on FLT3-ligand induced pathways as well as on BRD3/4 for their survival