Characterizing the dependency and drug sensitivity landscape of 1q-amplified multiple myeloma

Abstract

The development of targeted therapy for patients with Multiple Myeloma (MM) is hampered by the low frequency of actionable genetic abnormalities. Gain or amplification of chr1q (Amp1q) is the most frequent arm-level copy number gain in patients with MM, and it is associated with higher risk of progression and death despite recent advances in therapeutics. Thus, developing targeted therapy for patients with MM and Amp1q stands to benefit a large portion of patients in need of more effective management. Here, we employed large-scale dependency screens and drug screens to systematically characterize the genetic dependencies and therapeutic vulnerabilities of MM with Amp1q and showed increased sensitivity to the combination of MCL1 and PI3K inhibitors. Using single-cell RNA sequencing, we compared subclones with and without Amp1q within the same patient tumors and showed that Amp1q is associated with higher levels of MCL1 and the PI3K pathway. Furthermore, by isolating isogenic clones with different copy number for part of the chr1q arm, we showed increased sensitivity to MCL1 and PI3K inhibitors with arm-level gain. Lastly, we demonstrated synergy between MCL1 and PI3K inhibitors and dissected their mechanism of action in MM with Amp1q.

Το Πολλαπλούν Μυέλωμα (ΠΜ) είναι μία ανίατη πλασματοκυτταρική κακοήθεια του μυελού των οστών που χαρακτηρίζεται από σημαντική γενετική ετερογένεια. Η ενίσχυση του χρωμοσώματος 1q (Amp1q) είναι μία από τις ελάχιστες συχνές γενετικές ανωμαλίες του ΠΜ, και η παρουσία της σχετίζεται με υποτροπή της νόσου και δυσμενή πρόγνωση. Συνεπώς, η διαμόρφωση θεραπείας βασισμένης στην ιατρική ακριβείας για ασθενείς με Amp1q ΠΜ μπορεί να ωφελήσει μεγάλο αριθμό ασθενών και ενδεχομένως να βελτιώσει την επιβίωσή τους. Στην παρούσα μελέτη, πραγματοποιήσαμε δύο μεγάλης κλίμακας CRISPR/shRNA screens και δύο φαρμακευτικά screens σε κυτταρικές σειρές ΠΜ με ή χωρίς Amp1q, που αναλύσαμε σε συνδυασμό με αποτελέσματα δύο ακόμα γενωμικών screens, ώστε να ανακαλύψουμε τις γενετικές εξαρτήσεις του ΠΜ με Amp1q και θεραπευτικούς παράγοντες με αυξημένη αποτελεσματικότητα εναντίον του. Η μελέτη ανέδειξε ότι το ΠΜ με Amp1q εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τη δραστηριότητα του αντιαποπτωτικού παράγοντα MCL-1 και του μοριακού μονοπατιού PI3K, ενώ αποδείξαμε in vitro ότι η συνδυαστική θεραπεία με MCL-1 και PI3K αναστολείς είναι συνεργική και περισσότερο κυτταροτοξική στο ΠΜ με Amp1q. Εφαρμόζοντας RNA αλληλούχηση μονήρους κυττάρου σε κοόρτη 5 ασθενών με μονοκλωνική γαμμοπάθεια αδιευκρίνιστης σημασίας ή ασυμπτωματικό ΠΜ με Amp1q, παρατηρήσαμε ότι πλασματοκύτταρα με περισσότερα αντίγραφα 1q εκφράζουν υψηλότερα επίπεδα MCL-1 και PI3K μονοπατιού συγκριτικά με τα υπόλοιπα, εύρημα που εξηγεί μηχανιστικά την αυξημένη ευαισθησία. Επιπλέον, απομονώνοντας κυτταρικούς κλώνους με διαφορετικό αριθμό αντιγράφων για μέρος του χρωμοσώματος 1q, παρατηρήσαμε αυξημένη ευαισθησία έναντι MCL-1 και PI3K αναστολέων στα κύτταρα με ενίσχυση ολόκληρου του 1q συγκριτικά με εκείνα με τοπική ενίσχυση του τμήματος 1q21-1q25. Τέλος, εφαρμόζοντας RNA αλληλούχηση μονήρους κυττάρου σε δύο κυτταρικές σειρές ΠΜ με Amp1q πριν και μετά τη θεραπεία με MCL-1 αναστολέα, PI3K αναστολέα ή συνδυαστική θεραπεία, περιγράψαμε τον μηχανισμό δράσης των αναστολέων στο ΠΜ με Amp1q. Συμπερασματικά, το ΠΜ με Amp1q χαρακτηρίζεται από γενετικές εξαρτήσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν θεραπευτικά με τον συνεργικό συνδυασμό MCL-1 και PI3K αναστολέων. Καθώς οι εν λόγω παράγοντες είναι ήδη εγκεκριμένοι για άλλες ενδείξεις, η μετάφραση αυτών των ευρημάτων στην κλινική πράξη μπορεί να είναι ταχύτερη.