Estudio del genoma y del transcriptoma en las fases evolutivas de las gammapatías monoclonales

Abstract

[EN] Epidemiological studies have shown that virtually all multiple myeloma are preceded by a premalignant phase. In this regard, monoclonal gammopathy of undetermined significance (MGUS) and smoldering multiple myeloma (MMQ) are considered premalignant and asymptomatic entities differ significantly in the rate of progression to symptomatic MM. Despite their radically different clinical behavior, the three entities share the same neoplastic cell apparently, which is a plasma cell (PC) and aberrant clonal. Cytogenetics and fluorescence in situ hybridization (FISH) have failed to identify abnormalities characteristic of each developmental stage. However, this could be due to either the lack of a specific genetic stamp of each developmental stage of monoclonal gammopathies, or they have not been used and the analysis tools suitable for your search. Therefore, the combination of classical cytogenetic techniques as HISF advanced genomic techniques and high resolution for exploring the status of the genome and transcriptome, could be decisive when further genetic mechanisms that trigger the transformation of premalignant entities to active MM. Furthermore, in the developmental stages of monoclonal gammopathies exists an intermediate entity between MGUS and MM is the MMQ, characterized by a risk of progression to symptomatic myeloma approximately ten times greater than the GMSI. Within the MMQ defined a group at high risk of progression to symptomatic MM (MMQ-AR). The standard treatment is abstinence MMQ to progression to symptomatic MM. Our group is leading a clinical trial (QuiReDex) to determine whether treatment with lenalidomide plus dexamethasone (LenDex) MMQ-AR in prolonging the time to progression. The opportunity to study the genome and transcriptome of a unique group of patients carefully defined from the clinical point of view, could help determine if there are genetic basis justifying a different clinical outcome in these patients. Finally, treatment of patients LenDex after randomisation in QuiReDex assay, it is for the treatment arm, allow us analyze the transcriptome of non-hematopoietic tumor cells and thus, further both the mechanisms of action of lenalidomide derived from its effects on the microenvironment and the mechanisms of toxicity profile.

With this background we have set the following objectives:

1. Analyzed by fluorescence in situ hybridization frequency of recurrent genetic abnormalities and quantify the proportion of plasma cells containing abnormalities in these three developmental stages of monoclonal gammopathies.

2. Studying the gains and losses of chromosomal material, as well as losses of heterozygosity in different developmental stages of monoclonal gammopathies: MGUS, MMQ and symptomatic MM.

3. To study the gene expression profiles of MGUS, the MQM and the GM, in order to identify similarities and differences that help explain the different evolution of the three entities.

4. To investigate whether genomic changes and gene expression observed in a group of patients with high-risk MMQ included in the clinical trial QuiReDex, influence their clinical course.

5. Evaluate the impact of treatment with lenalidomide / dexamethasone on the transcriptome of hematopoietic cells in the bone marrow myeloma.

The main conclusions of our work are as follows:

1. The study of monoclonal gammopathies by fluorescence in situ hybridization confirmed that IGH translocations, deletions of 13q and 17p, and gains of 1q are present from the early stages of neoplastic transformation (MGUS). However, the progression from MGUS to MM MMQ and finally leads to an increased number of plasma cells genetically abnormal.

2. Using techniques of high resolution genomic analysis, such as arrays of SNPs, show that, despite the GM has more chromosomal abnormalities and loss of heterozygosity (LOH), the transition from MGUS to MM is not associated with given a chromosomal abnormality, but rather with a clonal expansion of genetically aberrant subclones already present in the early stages.

3. The transcriptome of clonal plasma cell MGUS both, as the MQM and MM analyzed by microarray expression shows a significant deregulation of hundreds of genes in the transition from the three developmental stages. Families and more altered gene pathways include apoptosis, NFkB pathway, small nucleolar RNA family (snoRNA) and protein family "zinc finger".

4. As for MM quiescent (MMQ) at high risk of progression to symptomatic MM: a. The profile of chromosomal alterations or LOH not predict the risk of progression of high-risk MMQ. However, the increased expression of several SNORD correlates with shorter time to the development of symptoms CRAB. b. Not found a genetic signature that predicts the response to treatment with lenalidomide plus dexamethasone. c. The plasma cell of high risk MMQ often undergoes clonal evolution at the time of symptomatic MM progression. By contrast, the gene expression profile of the MMQ COP at the time of the progression is not modified. d. Lenalidomide plus dexamethasone in high risk MMQ not alter the expression profile of non-hematopoietic tumor cellularity of bone marrow.

[ES] Los estudios epidemiológicos han demostrado que la práctica totalidad de los mielomas múltiples están precedidos por una fase premaligna. En este sentido, la gammapatía monoclonal de significado incierto (GMSI) y el mieloma múltiple quiescente (MMQ) se consideran entidades premalignas y asintomáticas que difieren de forma significativa en la tasa de progresión a MM sintomático. A pesar de su comportamiento clínico radicalmente distinto, las tres entidades comparten aparentemente la misma célula neoplásica, que es una célula plasmática (CP) clonal y aberrante. La citogenética y la hibridación in situ fluorescente (HISF) no han conseguido identificar alteraciones características de cada estadio evolutivo. Sin embargo, esto podría ser debido bien a que no exista un sello genético específico de cada fase evolutiva de la las gammapatías monoclonales; o bien a que no se hayan utilizado las herramientas y los análisis adecuados para su búsqueda. Por tanto, la combinación de técnicas citogenéticas clásicas como la HISF y técnicas genómicas avanzadas de alta resolución que permiten explorar el estatus del genoma y del transcriptoma, podría ser decisiva a la hora de profundizar los mecanismos genéticos que desencadenan la transformación de las entidades premalignas al MM activo. Por otro lado, en las fases evolutivas de las gammapatías monoclonales existe una entidad intermedia entre GMSI y MM que es el MMQ, caracterizado por un riesgo de progresión a mieloma sintomático aproximadamente diez veces mayor que la GMSI. Dentro del MMQ se ha definido un grupo de alto riesgo de progresión a MM sintomático (MMQ-AR). El estándar de tratamiento del MMQ es la abstención hasta progresión a MM sintomático. Nuestro grupo está liderando un ensayo clínico (QuiReDex) para determinar si el tratamiento con lenalidomida más dexametasona (LenDex) en el MMQ-AR prolonga el tiempo hasta la progresión. La oportunidad de estudiar el genoma y el transcriptoma de un grupo único de pacientes minuciosamente definido desde el punto de vista clínico, podría ayudar a averiguar si existen bases genéticas que justifiquen una evolución clínica diferente en estos pacientes. Por último, el tratamiento con LenDex de los pacientes que, después de la aleatorización en el ensayo QuiReDex, les corresponde la rama de tratamiento, nos permitiría analizar el transcriptoma de las células hematopoyéticas no tumorales y así, profundizar tanto en los mecanismos de acción de la lenalidomida derivados de sus efectos sobre el micromedioambiente como en los mecanismos del perfil de toxicidad.

Con estos antecedentes nos hemos planteado los siguientes objetivos:

1. Analizar mediante hibridación in situ fluorescente la frecuencia de las anomalías genéticas recurrentes y cuantificar la proporción de células plasmáticas que contienen dichas anomalías en las tres etapas evolutivas de las gammapatías monoclonales.

2. Estudiar las ganancias y las pérdidas de material cromosómico, así como las pérdidas de heterocigosidad en las diferentes fases evolutivas de las gammapatías monoclonales: GMSI, MMQ y MM sintomático.

3. Estudiar los perfiles de expresión génica de la GMSI, el MMQ y el MM, con el fin de identificar similitudes y diferencias que ayuden a explicar la evolución diferente de las tres entidades.

4. Investigar si los cambios genómicos y de expresión génica observados en un grupo de pacientes con MMQ de alto riesgo incluidos en el ensayo clínico QuiReDex, influyen en su evolución clínica.

5. Evaluar el impacto del tratamiento con lenalidomida/dexametasona sobre el transcriptoma de las células hematopoyéticas no mielomatosas de la médula ósea.

Las conclusiones más relevantes de nuestro trabajo han sido las siguientes:

1. El estudio de las gammapatías monoclonales mediante hibridación in situ fluorescente corrobora que las translocaciones de IGH, las deleciones de 13q y 17p, y las ganancias de 1q están presentes desde los estadios iniciales de la transformación neoplásica (GMSI). Sin embargo, la progresión de GMSI a MMQ y finalmente a MM conlleva un incremento del número de células plasmáticas genéticamente anormales.

2. La utilización de técnicas de análisis genómico de alta resolución, como son los arrays de SNPs, demuestran que, a pesar de que el MM tiene más alteraciones cromosómicas y más pérdidas de heterocigosidad (LOH), la transición de GMSI a MM no se asocia con una alteración cromosómica determinada, sino más bien con una expansión clonal de subclones genéticamente aberrantes ya presentes en las fases iniciales.

3. El transcriptoma de la célula plasmática clonal tanto de la GMSI, como del MMQ y del MM analizado mediante microarrays de expresión muestra una desregulación significativa de cientos de genes en la transición de las tres etapas evolutivas. Las familias y rutas génicas más alteradas incluyen: apoptosis, ruta de NFkB, familia de small nucleolar RNA (snoRNA) y familia de proteínas "zinc finger".

4. En cuanto al MM quiescente (MMQ) con alto riesgo de progresión a MM sintomático: a. El perfil de alteraciones cromosómicas o de LOH no predice el riesgo de progresión del MMQ de alto riesgo. Sin embargo, el aumento de la expresión de varios SNORD se correlaciona con menor tiempo hasta el desarrollo de la sintomatología CRAB. b. No se ha encontrado una firma genética que prediga la respuesta al tratamiento con lenalidomida más dexametasona. c. La célula plasmática del MMQ de alto riesgo experimenta con frecuencia evolución clonal en el momento de la progresión a MM sintomático. Por el contrario, el perfil de expresión génica de la CP del MMQ en el momento de la progresión no se ve modificado. d. El tratamiento con lenalidomida más dexametasona en el MMQ de alto riesgo no modifica el perfil de expresión de la celularidad hematopoyética no tumoral de la médula ósea.