Role of neoplastic monocyte-derived fibrocytes in primary myelofibrosis

Primary myelofibrosis (PMF) is a fatal neoplastic disease characterized by clonal myeloproliferation and progressive bone marrow (BM) fibrosis thought to be induced by mesenchymal stromal cells stimulated by overproduced growth factors. However, tissue fibrosis in other diseases is associated with monocyte-derived fibrocytes. Therefore, we sought to determine whether fibrocytes play a role in the induction of BM fibrosis in PMF. In this study, we show that BM from patients with PMF harbors an abundance of clonal, neoplastic collagen- and fibronectin-producing fibrocytes. Immunodeficient mice transplanted with myelofibrosis patients’ BM cells developed a lethal myelofibrosis-like phenotype. Treatment of the xenograft mice with the fibrocyte inhibitor serum amyloid P (SAP; pentraxin-2) significantly prolonged survival and slowed the development of BM fibrosis. Collectively, our data suggest that neoplastic fibrocytes contribute to the induction of BM fibrosis in PMF, and inhibiting fibrocyte differentiation with SAP may interfere with this process

Clonal stem cells in the pathogenesis of primary myelofibrosis

Primary Myelofibrosis (PMF) constitutes a Myeloproliferative Neoplasm (MPN) characterized by bone marrow fibrosis, accompanied by extramedullary metaplasias, which can transform to acute leukemia. Whereas most developed mouse models partially describe variable implicated disease parameters, within a predisposed genetic background, there is lack of substantial evidence to indicate the stem cell population responsible for the spatial and temporal sequence of events during disease development. Here we report the identification of a unique stem cell population responsible for both chronic and acute phases of human PMF. Patient derived isolated CD133+ stem cells, characterized by the expression of prime stem cell markers and bearing the JAK2V617F mutation, engrafted for more than 6 months in an immuno - compromized mouse model. Flow cytometry, immunohistochemistry, in situ hybridization and qPCR reveal differentiation of transplanted human cells into myeloid and endothelial, JAK2V617F+ progenitors. Moreover, we report the constant presence of human, atypical, JAK2V617F+ megakaryocytes in bone marrow and spleen, initiating prefibrotic state (MF=0). Anemia, splenomegaly and splenic fibrosis depict the gradual development of PMF, as result to the transplantation of human patient – derived CD133+ cells. Finally, for the first time, we report the transition into Acute Myeloid Leukemia (AML), 9 months post – transplantation of patient cells, due to the presence of a dominant human CD133+/JAK2V617F- population, as reported for 20% of patients with PMF that transform into a JAK2V617F- blast crisis. Our mouse model forms the basis to decipher the characteristics of the malignant clone in PMF and to introduce new therapeutic targets for MPN.Η Πρωτοπαθής Μυελοΐνωση ανήκει στα «αρνητικά για το Χρωμοσώμα της Φιλαδέλφια» Μυελοϋπερπλαστικά Νεοπλάσματα και χαρακτηρίζεται από ίνωση του μυελού των οστών, που συνοδεύεται από εξωμυελικές μεταπλασίες του σπληνός και του ήπατος και ενδέχεται να καταλήξει σε Οξεία Μυελογενή Λευχαιμία. Αν και αναπτύχθηκαν μοντέλα πειραματοζώων, τα οποία περιγράφουν μερικώς την πολυπλοκότητα των παραμέτρων που εμπλέκονται στην εξέλιξη της νόσου, υπό το πρίσμα της γενετικής τροποποίησης, ουσιαστικά δεδομένα για το χαρακτηρισμό των ανώτερων τάξεων στελεχιαίων κυττάρων που ευθύνονται για την εκδήλωση της νόσου δεν υπάρχουν. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται για πρώτη φορά ένας μοναδικός πληθυσμός ανθρώπινων καρκινικών βλαστικών κυττάρων που δύνανται να αναπαράγωγουν in vivo τη χρόνιο και οξεία φάση της ανθρώπινης Πρωτοπαθούς Μυελοΐνωσης. Η καινοτομία του συστήματος ανάλυσης αποδίδεται στην απομόνωση των CD133+ βλαστικών κυττάρων του περιφερικού αίματος ασθενών με Πρωτογενή Μυελοΐνωση, τα οποία χαρακτηρίζονται από την έκφραση αντιγόνων επιφανείας των ανώτερων ιεραρχιών φυσιολογικών στελεχιαίων κυττάρων και την παρουσία της μετάλλαξης JAK2V617F. Ο πληθυσμός αυτός εμφυτεύθηκε σε σύστημα ανοσοκατεσταλμένων ποντικών για χρόνο μεγαλύτερο των 6 μηνών μετά την μεταμόσχευση. Τεχνικές κυτταρομετρίας ροής, ανοσοϊστοχημείας, υβριδισμού in situ και αλυσωτής αντίδρασης πολυμεράσης πραγματικού χρόνου, αποκαλύπτουν τη διαφοροποίηση των μεταμοσχευθέντων ανθρώπινων κυττάρων προς προγενήτορες της μυελικής σειράς αίματος και των ενδοθηλιακών κυττάρων, που χαρακτηρίζονται από την μετάλλαξη JAK2V617F. Επιπλέον, παρατηρήθηκε η σταθερή παρουσία ανθρώπινων, JAK2V617F+, άτυπων μεγακαρυοκυττάρων στο μυελό των οστών και στο σπλήνα των πειραματοζώων, χαρακτηριστικά του πρώιμου σταδίου της εκδήλωσης της νόσου (MF=0). Τα φαινόμενα αναιμίας, σπληνομεγαλίας και ανάπτυξης ίνωσης του σπληνός περιγράφουν την αναπαραγωγή της χρονίας φάσης της που αποδίδεται στη μεταμόσχευση των CD133+ κυττάρων των ασθενών. Τέλος, περιγράφεται για πρώτη φορά μετάβαση στην τελική φάση Οξείας Μυελογενούς Λευχαιμίας (9 μήνες μετά τη μεταμόσχευση) που προκαλείται από πληθυσμό CD133+/JAK2V617F- ανθρώπινων κυττάρων, όπως καταγράφεται για το 20% των ασθενών στα τελικά στάδια της νόσου. Το προτινόμενο μοντέλο θέτει τη βάση της έρευνας για τη διερεύνηση των χαρακτηριστικών του μεταλλαγμένου στελεχιαίου κλώνου που ευθύνεται για την ανθρώπινη Πρωτοπαθή Μυελοΐνωση και θα βοηθήσει στην εισαγωγή νέων θεραπευτικών στόχων για τα Μυελοϋπερπλαστικά Νεοπλάσματα