The interplay of endogenous retroviruses and the interferon signaling pathway with hypomethylating therapy in Myelodysplastic Syndromes

Myelodysplastic syndromes (MDS) and acute myelogenous leukemia (AML) are characterized by abnormal patterns of DNA methylation, which contribute to the pathophysiology of the disease, resulting in abnormal epigenetic suppression and differentiation of hematopoietic stem cells (HSCs). Hypomethylating agents (HMAs), which reverse this epigenetic suppression, such as 5-azacitidine (AZA) and 5-aza-2'-deoxycytidine (DAC), remain the main treatment of choice for patients with high-risk MDS and AML. Nevertheless, the exact mechanism of action of HMAs remains unclear, while prognostic factors of response to HMAs are absent. Recent data on cancer cell lines suggest that reactivation of endogenous retroviral elements and subsequent induction of an endogenous cellular antiviral response may be the background of the anti-cancer activity of HMA.Using RNA sequencing (RNA-seq), a comparison of endogenous retroviral transcript levels in HSC isolated from the bone marrow of patients with MDS and chronic myelomonocytic leukemia II (CMML-II), before and after treatment with AZA, and HSCs derived from bone marrow from healthy donors and patients with AM was performed.In agreement with previous literature reports, it was found that AZA treatment increased the transcription of endogenous retroviral elements. However, this increase was not correlated with the clinical response to AZA treatment, as it was observed in both responders and non-responders patients. This observation was also confirmed by performing de novo transcript assembly, revealing that AZA-responsive endogenous retroviruses are not a determinant of the outcome of the HMA treatment. There was also observed a lack of induction of an antiviral response of interferons associated with the AZA response. In contrast, it has been found that the therapeutic expression and alternative splicing process of specific, developmentally regulated genes may be prognostic factors for the response of patients with MDS and CMML-II to AZA therapy. In conclusion, this doctoral thesis identifies the developmentally regulated transcriptional signatures of protein-coding and non-coding genes, rather than endogenous retroviral elements, as correlates of a favourable response of MDS and CMML-II patients to AZA treatment and offers novel candidates for further evaluation.Τα μυελοδυσπλαστικά σύνδρομα (ΜΔΣ) και η οξεία μυελογενής λευχαιμία (ΟΜΛ) χαρακτηρίζονται από μη φυσιολογικά πρότυπα μεθυλίωσης του DNA, τα οποία συμβάλλουν στη παθοφυσιολογία της νόσου, με αποτέλεσμα τη μη φυσιολογική επιγενετική καταστολή και διαφοροποίηση των αιμοποιητικών βλαστικών κυττάρων του μυελού των οστών (HSCs). Οι υπομεθυλιωτικοί παράγοντες (ΥΜΠ), οι οποία αντιστρέφουν αυτή την επιγενετική καταστολή, όπως είναι η 5-αζακυτιδίνη (AZA) και η 5-αζα-2'-δεοξυκυτιδίνη (DAC), παραμένουν η κύρια θεραπεία επιλογής για τους ασθενείς με ΜΔΣ υψηλού κινδύνου και ΟΜΛ. Παρόλο αυτά, ο ακριβής μηχανισμός δράσης των ΥΜΠ παραμένει αδιευκρίνιστος, ενώ απουσιάσουν και προγνωστικοί παράγοντες απόκρισης στους ΥΜΠ. Πρόσφατα δεδομένα σε καρκινικές κυτταρικές σειρές δείχνουν ότι η επανενεργοποίηση ενδογενών ρετροϊικών στοιχείων και η επακόλουθη επαγωγή κυτταρικής ενδογενούς αντιϊικής απόκρισης ενδέχεται να αποτελούν το υπόβαθρο της αντικαρκινικής δραστηριότητας των ΥΜΠ. Χρησιμοποιώντας την τεχνική RNA sequencing (RNA-seq), πραγματοποιήθηκε σύγκριση των επιπέδων μεταγραφής των ενδογενών ρετροϊικών στοιχείων σε HSC απομονωμένα από το μυελό των οστών ασθενών με ΜΔΣ και χρόνιας μυελομονοκυτταρική λευχαιμία (CMML) πριν και μετά τη θεραπεία με AZA και σε HSC μυελού των οστών προερχόμενα από υγιείς δότες και ασθενείς με πρωτοπαθή ΟΜΛ. Σε συμφωνία και με προηγούμενες βιβλιογραφικές αναφορές, διαπιστώθηκε ότι η θεραπεία με ΑZA αύξησε τη μεταγραφή των ενδογενών ρετροϊικών στοιχείων. Ωστόσο, η αύξηση αυτή δε συσχετίστηκε με το αποτέλεσμα της θεραπείας με ΑΖΑ, καθώς παρατηρήθηκε τόσο στους αποκρινόμενους όσο καις τους μη αποκρινόμενους ασθενείς. Η παρατήρηση αυτή επιβεβαιώθηκε και με τη τεχνική της de novo συναρμολόγησης του μεταγραφώματος, αποκαλύπτοντας ότι οι, αποκρινόμενοι στην ΑΖΑ, ενδογενείς ρετροϊοί δεν αποτελούν καθοριστικό παράγοντα για το αποτέλεσμα της θεραπείας με ΥΜΠ. Επίσης, παρατηρήθηκε έλλειψη επαγωγής μίας αντιϊικής απόκρισης των ιντερφερονών η οποία να σχετίζεται με την απόκριση στη θεραπεία με ΑΖΑ. Αντίθετα, αποκαλύφθηκε ότι η προθεραπευτική έκφραση και η διαδικασία του εναλλακτικού ματίσματος συγκεκριμένων, αναπτυξιακά ρυθμιζόμενων, γονιδίων μπορεί να αποτελούν προγνωστικούς παράγοντες για την ανταπόκριση των ασθενών με ΜΔΣ και CMML-ΙΙ στη θεραπεία με AZA. Συμπερασματικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή αναδεικνύει τη μη συμμετοχή των ενδογενών ρετροϊικών στοιχείων στην αποτελεσματικότητα δράσης των ΥΜΠ. Προσδιορίζει ταυτόχρονα τις αναπτυξιακά ρυθμιζόμενες μεταγραφικές υπογραφές συγκεκριμένων γονιδίων, που είτε κωδικοποιούν την αντίστοιχη πρωτεΐνη είτε όχι, ως συσχετίζομενα με μια ευνοϊκή ανταπόκριση των ασθενών με ΜΔΣ και CMML-ΙΙ στη θεραπεία με AZA, προσφέροντας νέους υποψηφίους δείκτες για περαιτέρω αξιολόγηση