Effect of idelalisib, ibrutinib and venetoclax on protein phosphorylation levels in Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL)

Kronisk lymfatisk leukemi (KLL) rammer B-cellene i blodet og er den mest vanlige formen for leukemi i den vestlige verden. Sykdommen kan ikke kureres, men utvikler seg langsomt og for mange pasienter vil det aldri være nødvendig med behandling. For de som trenger behandling er det kun et begrenset utvalg medikamenter tilgengelig. KLL er en heterogen sykdom med variabelt klinisk sykdomsforløp. Det vil derfor være nødvendig å tilpasse behandlingen for hver enkelt pasient slik at de unngår å bli utsatt for unødvendig og ineffektiv behandling. For å identifisere egent personlig behandling kan avvik i cellesignalisering være en god indikator. Arbeidet som er presentert i denne oppgaven er en del av et større prosjekt hvor langtidsmålet er å utvikle en rask metode for å kunne bistå kliniske avgjørelser i individualisert terapi av KLL. Ved å bruke fosforflowcytometri har fosforyleringen av proteiner blitt undersøkt og metoden har blitt brukt for å kartlegge basale og induserte signaleringsavvik i KLL pasient- og friske donorprøver. Det har også blitt undersøkt hvordan de nylig godkjente medikamentene idelalisib, ibrutinib og venetoclax påvirker basal og indusert fosforyleringsnivå for å kunne identifisere relevante medikamenteffekter hos de individuelle pasientene.Denne studien har vist at KLL-pasienter har lavere basal fosforylering i forhold til normale kontroller, men forhøyede fosforyleringsnivåer i IgHV umutert-KLL ble observert når B-celle reseptoren ble stimulert med anti-IgM. Forhøyede signaler for Akt og nedstrømsproteiner i induserte KLL-celler ble reversert ved bruk at PI3Kδ-hemmeren idelalisib. Det ble i tillegg observert at de forhøyede signalene for flere proteiner i reaksjonsveien for B-cellereseptoren ble redusert etter behandling av de induserte CLL-cellene med Btk-hemmeren ibrutinib. Etter behandling av KLL-celler med Bcl-2-hemmeren venetoclax ble det i tillegg observert økt fosforylering av Histone H2AX (pS139), som er en markør for DNA skade. I samsvar med dette ble det vist at KLL-celer undergikk celledød etter behandling med venetoclax over lengre tid.Arbeidet presentert i denne oppgaven har ved bruk av flowcytometri bidratt med informasjon om signalavvik på basal og anti-IgM induserte KLL-celler sammenlignet med normale B celler. Videre har det gitt viktig kunnskap om signaleffektene av idelalisib, ibrutinib og venetoclax. Disse funnene kan være viktige for å identifisere relevant behandling og de vil være aktuelle for videre arbeid med å skreddersy behandling av KLL pasienter.

submittedVersion

M-BIOTEK

English. Chronic lymphocytic leukemia (CLL) affects the B cells in the blood and is the most common leukemia in the Western world. The disease is incurable but develops slowly, and many patients may never need treatment. However, for those who do, the treatment options are limited. Since the disease is highly heterogeneous, there is a need to explore more widely to identify individualized treatment opportunities. Cell signaling aberrations may act as good indicators in determining suitable personalized therapy. The work presented in this Thesis is part of a larger project where the long-term goal is to develop a fast approach to assist clinical decisions in individualized therapy of CLL. A phosphoflow cytometry approach has been used investigate phosphorylation levels of proteins and to map basal and induced signaling aberrations in CLL patient samples and healthy donor samples. The effects of the recently approved drugs idelalisib, ibrutinib and venetoclax on basal and induced levels of phosphorylation were also investigated to identify relevant drug targets and drug effects in the individual patient.This study showed that CLL patient samples expressed lower basal levels of phosphorylation relative to normal controls, but elevated phosphorylation signals in UM-CLL patient samples were observed in response to anti-IgM stimulation of the B-cell receptor. The elevated signals of Akt and downstream proteins in induced CLL cells were reversed by the PI3Kδ inhibitor idelalisib. Similarly, elevated signals of several proteins in the B-cell receptor pathway in induced CLL cells were reduced by treatment of the Btk inhibitor ibrutinib. Interestingly, increased phosphorylation of the DNA damage marker Histone H3AX (pS139) was observed in CLL cells upon treatment with the Bcl-2 inhibitor venetoclax. Finally, the viability of CLL cells was observed to be decreased upon longtime treatment with venetoclax.The work presented in this Thesis was performed by a phosphoflow cytometry approach to map and give information about signaling aberrations on basal and anti-IgM induced CLL cells compared to normal B cells. Furthermore, it has provided important information on the signaling effects of idelalisib, ibrutinib and venetoclax. The findings may be of value to identify relevant drug targets and they will be valuable in following studies which aim to predict patient response and provide personalized treatment of CLL patients.