Targeting TP53-mutated acute myeloid leukemia by inhibiting cell cycle checkpoint = 세포주기관문 억제를 통한 TP53-변이 급성 골수성 백혈병의 표적치료

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Acute Myeloid Leukemia (AML) is a complex hematological malignancy characterized by aberrant myeloid cell proliferation and differentiation. TP53 gene mutation is one of the genetic alterations contributing to AML relapse, which is associated with treatment resistance and poor clinical outcomes. Despite advancements in standard chemotherapy, including the widely used cytarabine and anthracycline combination regimen, a substantial proportion of TP53-mutated AML patients fail to achieve complete remission (CR).

In this study, I investigated the role of Drug-Tolerant Persister Cells (DTPCs) in TP53-mutated AML using the Kasumi-1 cell line as a DTPCs model system. Through proliferation assay and cell cycle analyses, I elucidated the survival mechanisms of DTPCs following cytarabine and idarubicin combination treatment, revealing their transient drug-resistant phenotype and propensity for G2/M phase arrest. Notably, DTPCs exhibited stem-like properties and upregulated expression of the ataxia telangiectasia and rad3-related (ATR) signaling pathway, contributing to their drug-tolerant phenotype. I conducted forty-eight drug screenings in DTPCs and found that cell cycle checkpoint inhibitors, especially the ATR inhibitor elimusertib, have significant cytotoxicity in DTPCs. Through mechanism studies and in silico analysis, elimusertib synergized with conventional drugs by reversing G2/M phase arrest and inducing apoptosis in DTPCs. Additionally, in vitro experiments using Kasumi-1 parent cells and ex vivo experiments using primary AML sample show that elimusertib enhances the anti-leukemic efficacy of conventional drugs.

In summary, our study provides insight into drug resistance mechanisms in TP53-mutated AML using the DTPCs model and identifies G2/M phase cell cycle checkpoint inhibition as a promising therapeutic strategy.

국문 초록 (Abstract)

급성 골수성 백혈병(AML)은 비정상적인 골수성 세포의 증식과 분화를 특징으로 하는 혈액학적 악성 종양이다. AML 재발에 기여하는 유전적 변형 중에서 TP53 종양 억제 유전자의 돌연변이는 치료 저항성 및 불량한 임상 결과와 연관성이 있다. 널리 사용되는 cytarabine과 anthracycline 병용 요법을 포함한 표준 화학요법의 발전에도 불구하고, TP53 돌연변이 AML 환자의 상당수가 완전 관해(CR)에 도달하지 못한다.

이 연구에서 나는 약물 내성 지속 세포(DTPCs) 모델 시스템으로 Kasumi-1 세포주를 사용하여 TP53 돌연변이 AML에서 DTPCs의 역할을 조사했다. 증식 분석 및 세포 주기 분석을 통해 cytarabine과 idarubicin 병용 치료 후 DTPCs의 생존 메커니즘을 규명하고 일시적인 약물 저항성 표현형과 G2/M 단계 정지 성향을 밝혔다. 특히, DTPCs는 줄기세포 유사 특성과 ATR 신호 전달 경로의 과발현을 통해 약물 내성 표현형에 기여했다. 그리고 DTPC에서 48가지의 약물 스크리닝을 수행한 결과 세포주기 관문억제제, 특히 ATR 억제제인 elimusertib이 DTPCs에서 상당한 세포 독성을 가지고 있음을 발견했다. 메커니즘 연구와 in silico 분석을 통해 elimusertib은 G2/M 단계 세포 분율을 줄이고 DTPC에서 세포사멸을 유도함으로써 기존 약물과 시너지 효과를 나타냈다. 또한, Kasumi-1 세포주와 TP53-변이 AML 환자 샘플을 사용한 실험에서 elimusertib이 기존 약물의 항백혈병 효능을 향상시키는 것으로 나타났다.

요약하면, 이 연구는 DTPC 모델을 사용하여 TP53 돌연변이 AML에서
세포 주기 관문 억제가 유망한 치료 전략임을 시사할 뿐 아니라 TP53 돌연변이 AML에서의 약물 저항성 메커니즘이 세포 주기 조절과 관련이 있다는 통찰력을 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract 01
• Contents 03
• Introduction 04
• Methods 07
• Results 14
• Discussion 39
• References 45
• Abstract in Korean 48