HEMATOLOCICAL CLONAL DISORDERS (MALIGNANCIES) LYMPHO- PROLIFERATIVE DISORDERS MYELOID DISORDERS MYELO- APLASTIC (?) MYELO- DISPLASTIC MYELO- PROLIFERATIVE

HEMATOLOCICAL CLONAL DISORDERS

(MALIGNANCIES)

LYMPHO-PROLIFERATIVE

DISORDERS

MYELOIDDISORDERS

MYELO-APLASTIC (?)

MYELO-DISPLASTIC

MYELO-PROLIFERATIVE

MOLECULAR PATHS TO CANCER I

PROLIFERATION

APOPTOSIS

DIFFERENTIATION

Neoplasie della linea mieloide

- Malattie mieloproliferative croniche- Sindromi mielodisplastiche- Leucemia acuta mieloide

Origine quasi sempre da cellula staminale pluripotente

Mielopr.

Cron.

Sindr. Mielodispl.

Leuc. Ac.

mieloide

NEOPLASIE MIELOIDI

Differenziazione

normale

differenziazione

differenziazione

MYELO-PROLIFERATIVEDISORDERS

ACUTE•expansion of poorly differentiated elements •often with bone marrow functional failure•example: acute myeloid leukemia de novo •short survival if untreated

CHRONIC•expansion of well differentiated elements•from bone marrow failure to bone marrow hyperfunction •example; cronic myeloid leukemia, policitemia vera, essential thrombocytopenia•prolonged survival if left untreated•tend to loose differentiation with time

MYELOPROLYFERATIVE DISORDERS

OFTEN INDUCED BY THE PRESENCE

OF FUSION TRANSCRIPTS

FUSION TRANSCRIPTS:ARE A KIND OF DYSREGULATION THAT

OCCURR PREFERENTIALY IN MYELOPROLIPHERATIVE DISORDERS

IN MATURE LYMPHOID TUMORS, TRANSLOCATIONS OFTEN LEAD TO

OVEREXPRESSION OF NORMAL GENES (except npm-alk)

CHRONIC MYELOPROLIFERATIVE

DISORDERS

CLONAL PROLIFERATION OF CELLS WITH GOOD

DIFFERENTIATIVE POTENTIAL

MOLECULAR PATHS TO CANCER

PROLIFERATION

APOPTOSIS

DIFFERENTIATION

CML IN CHRONIC PHASE

PROLIFERATION(loss of physiological control)

APOPTOSIS

DIFFERENTIATION

Cellule staminali

espansione

Emopoiesi monoclonale, espansione dei progenitori, iperproduzione cellule mature, instabilità genetica

Alterazione genetica

Ulteriore alterazione genetica

Leucemia acuta mieloide

Malattie mieloproliferative croniche


Leucemia mieloide cronica: iperproduzione di granulociti +/- piastrineMielofibrosi con metaplasia mieloide: iperproduzione di granulociti +/- piastrine (fase iniziale)Policitemia vera: iperproduzione di eritrociti, piastrine, granulocitiTrombocitemia essenziale: iperproduzione di piastrine

Tipiche dell’ età adulta: età mediana 55 – 65 anni

Myeloproliferative disorders

CHRONIC MYELOGENOUS

LEUKEMIA(CML)

POLICITEMIAVERA (PV)

IDYIOPATIC MYELOFIBROSIS

(IMMM)

ESSENTIALTHROBOCYTEMIA

(TE)

DISEASE SEVERITY

GENETIC INSTABILITY

NATURAL HISTORY OF CMD

CHRONIC MYELOGENOUS

LEUKEMIA(CML)

POLICITEMIAVERA

IDYIOPATIC MYELOFIBROSIS(FLORID PHASE)

ESSENTIALTHROBOCYTEMIA

ACCELERATEDPHASE

BLASTIC (ACUTE) PHASE

MAJOR THROMBOTIC

EVENT

SPENT (HYPERFIBROTIC)

MPD

MPD CLINICAL FEATURES I

Characteristic CML IMMM PV TE

High WBC ++++ ++ ++High Hematocrit

±

High PLTS

Large spleen

Throbotic risk

± to - -- to + ++++ ±

+++++++ -- to ++ +++

+++ ++++ ++ ±± to + +++ ++++ +++

Hypercellular BM ++++ +++ ++--

Myeloid metaplasia +++ ++++ ++ ±Progression to AL ++++ ++ + ±

MPD CLINICAL FEATURES I

Characteristic CML IMMM PV TE

Prognosis (years) 5-6* 10 15Knowledge of genetic basis

20-25

Specific therapy

++++ ± ± ±

++++ ± ± ±

*Pre-Glivec data

Trombocitemia essenzialeAlterazioni cromosomiche molto rare.Espansione prevalente dei progenitori megacariocitari.Nel sangue piatrinosi > 600.000/ul, a volte molto elevata, > 1.500.000/ ul;raramente lieve leucocitosi con neutrofilia, quasi mai cellule immature circolanti.Midollo osseo normo-ipercellulare, con netto aumento dei megacariociti, spesso iperploidi

Dopo circa 10 anni possibile evoluzione in mielofibrosi secondaria, raramente (1-5 % dei casi ) in LAM

Trombocitemia essenziale

Sintomi: spesso paziente asintomatico (riscontro casuale); a volte sintomi di alterazioni del microcircolo: vertigini, acufeni, cefalea, parestesie alle estremità.Frequenti le complicanze vascolari trombotiche: infarto miocardio, ictus trombotico.Raramente diatesi emorragica.

Diagnosi: escludere le piastrinosi secondarie (valutare sideremia, VES, cercare eventuali sintomi di neoplasie);escludere altre malattie mieloproliferative croniche: biopsia ossea, indagine molecolare per ricerca BCR/ABL.

Trombocitemia essenziale

PROGNOSI E TERAPIASopravvivenza mediana circa 20 anniCausa di morte più frequente: incidenti vascolari

Terapia anti-aggregante piastrinica se non vi è diatesi emorragica;citostatici (idrossiurea) se piastrine > 1.000.000 /ul o > 700.000 /ul e età > 60 anni o altri rischi vascolari;interferone alfa: idem se < 60 anni

Policitemia veraAlterazioni citogenetiche molto rare (20 q-)Ipersensibilità dei progenitori del clone mutato ad eritropoietina ed altre citochine (IL3, SCF).

Aumento della massa eritrocitaria per iperproduzione: aumento progressivo Hb fino a valore > 20 g/dl ed Ht fino a > 60%; spesso anche piastrinosi moderata (400-800.000 /ul e lieve leucocitosi (10-20.000/ul) con neutrofilia. Non cellule immature circolanti.Raramente lieve splenomegalia. Cellularità midollare aumentata, fibrosi scarsa o assente.

Nelle fasi avanzate (oltre 5-10 anni) tendenza a fibrosi midollare e riduzione della cellularità (evoluzione in mielofibrosi secondaria). 2 - 10% evoluzione in LAM.

Policitemia vera

Sintomi e segni: conseguenti all’ iperviscosità ematica: vertigini, cefalea, dispnea da sforzo; rossore cutaneo, ipertensione;prurito dopo il bagno;alto rischio di incidenti vascolari: infarto miocardico, ictus trombotico, trombosi venosa profonda.

In fasi avanzate possibili sintomi di citopenia (anemia)

Policitemia veraDIAGNOSI

Escludere una eritrocitosi secondariaCriteri maggiori: massa eritrocitaria aumentata, O ht >64 normale saturazione di O2 dell’ Hb, splenomegalia

Citogenetica alterata Esclusione di ogni altra causa

Criteri minori: piastrinosi, leucocitosi, aumento fosfatasi alcalina leucocitaria, aumento vitamina B12 sierica. Richiesti 3 criteri maggiori o 2 maggiori + 2 minori.

Attualmente importanti: dosaggio eritropoietina sierica (ridotta o ai limiti inferiori di norma), coltura in vitro progenitori eritroidi (crescita BFU-E senza aggiunta di eritropoietina)

Policitemia veraPROGNOSI E TERAPIA

Sopravvivenza mediana 19 anni (più breve nei pazienti > 60 anni).Causa di morte più frequente: complicanze vascolariLAM più frequente nei pazienti che richiedono terapia citostatica.

Trattamento principale è il salasso: ottenere Ht < 45% ;anti-aggreganti piastrinici se piastrinosi e/o precedenti trombosi.Chemioterapia citostatica (idrossiurea, pipobromano) indicata se piastrinosi + età >60 o altri rischi trombotici o insufficiente controllo dell’ eritrocitosi con salassi.Trattamento sperimentale: interferone alfa

Mielofibrosi con metaplasia mieloide

Possibile anomalie citogenetiche non specifiche (+8, 20q-, 13q-).Espansione progenitori mieloidi e megacariocitariEmopoiesi extra- midollare (milza e fegato)Megacariocitopoiesi in parte inefficaceLisi intramidollare di megacariociti

Liberazione fattori di crescita per fibroblasti ed endotelio (PDGF, VEGF)

Progressiva fibrosi midollare e aumento emopoiesi extra-midollare: con il tempo citopenia ed epato/splenomegalia ingravescente


Fase iniziale: frequente leucocitosi, raramente piastrinosi; Hb normale o lievemente ridotta; splenomegalia lieve/moderata.Paziente asintomatico o lievi sintomi di splenomegalia;raramente sintomi infiammatori (febbre, artralgie, sudorazioni)

Fase avanzata : anemia, piastrinopenia +/- leucopenia; splenomegalia imponente, sintomatica (dolori addominali, difficoltà all’ alimentazione).Sintomi di anemia e di splenomegalia, deperimento, complicanze infettive ed emorragiche.Evoluzione in LAM in circa il 20% dei casi


DIAGNOSISospetto per leucocitosi e/o splenomegalia.

Esame dello striscio di sangue periferico: presenza di precursori granulocitari (mieloblasti- metamielociti, blasti < 5% ) ed eritroidi (eritroblasti); presenza di eritrociti a lacrima (dacriociti)

Aspirato midollare: quasi sempre “punctio sicca”

Biopsia ossea: cellularità e fibrosi di grado variabile secondo lo stadio, iperplasia megacariocitaria con displasia.

Biologia molecolare: escludere presenza di BCR/ABL

Mielofibrosi con metaplasia mieloidePROGNOSI

Sopravvivenza mediana 4 - 5 anni, ma molto variabile: 2-3 anni se anemia (Hb < 10 g/dl) o sintomi infiammatori o GB > 30.000 /ul o blasti circolanti >3%> 10 anni se nessuno dei fattori prognostici negativi

TERAPIAFase iniziale: idrossiurea se leucocitosi, piastrinosi o splenomegalia.

Fase avanzata: trasfusioni, androgeni, eventuale splenectomia o radioterapia splenica.

Terapie sperimentali: trapianto di midollo, eritropoietina ricombinante

CML: A MODEL FOR CANCER PATHOGENESIS

The first neoplasms treatable with a smart drug

LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA (LMC) PATOGENESI

-Nel 90 % dei casi presente traslocazione cromosomica t (9;22): cromosoma Filadelfia (Ph1), con scambio tra i geni BCR e ABL.

- Sul cromosoma 22 formazione di gene ibrido BCR/ABL, che codifica per proteina di fusione BCR/ABL con spiccata attività tirosino-chinasica.

-

LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA PATOGENESI

- In 5% dei casi fusione genica BCR/ABL senza riscontro citogenetico del cromosoma Ph1 (casi Ph1- ma BCR/ABL+): stessa malattia, prognosi e risposta terapeutica.

- Solo 5% dei casi è BCR/ABL negativo: LMC atipiche, molto rare e a prognosi peggiore.

LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA PATOGENESI

-La tirosino-chinasi BCR/ABL fosforila diversi substrati, riproducendo gli effetti di una stimolazione continua con fattori di crescita .

-vantaggio proliferativo della cellula staminale mutata e della sua progenie e instabilità genetica che predispone a ulteriori mutazioni.

-L’ acquisizione di ulteriori mutazioni porta all’ evoluzione a leucemia acuta.

PATOGENESI LMC

9 q 22 q

abl bcr

22 q

bcr/ablabl/bcr

9 q

ininfluente\

Tirosino-chinasi

PATOGENESI LMC

Chinasi BCR/ABL

fosforilazione

Attivazione ras

stimolo proliferativo

Effetto anti- apoptotico

Ridotta adesività a stroma

Perdita sensibilità a inibitori proliferazione

Instabilità genetica

RELATIONSHIP BETWEEN CML CELS AND ENVIROMENT

GRRR….

CP-CML CELLS

•REQUIRE LESS SURVIVAL/PROLFERATIVE SIGNALS BY STROMAL CELLS

•DO NOT REQUIRE ADHESIVE MOLECULES

• IMPAIR DIFFERENTIATION AND SURVIVAL OF THEIR NORMAL COUNTERPARTS

•LESS SENSITIVE TO INHIBITORY/APOPTOTIC STIMULI

CP-CML CELLS

The abl-gene

•homologous to v-abl•IN G1 it is bound by Rb1•Knock-out mice are leukopenic•when overexpressed --> cell cycle arrest

NLSACTIN

BINDINGSH1SH2SH3

DNA BINDING COOHNH2

ATPbind

NLS: Nuclear Localisation SignalTyr Kinase

ABL protein

Proteininteraction

The BCR-gene

•Ubiquitous expression•cytoplasmic, but pericromosomic during mitosis•Knock-out have nearly normal hematopoiesis

PHSer/Trhkinase

DD DBL/GAP COOHNH2177Y

Sh2 binding

BCR protein

Dimerization domain

Characteristics of bcr-abl

•Only cytoplasmic

•permanently activated

•several targets

•it mimics some TK receptors, inducing constitutive activation of several pathways

•bypass of regulatory mechanisms

Apoptosis inhibitionProliferative stimulus

Cellule staminali

espansione

Emopoiesi monoclonale, espansione dei progenitori, iperproduzione cellule mature, instabilità genetica

Alterazione genetica

Ulteriore alterazione genetica

Leucemia acuta mieloide


A TRIPHASIC DISEASE

CHRONIC PHASEACCELERATED

PHASEBLASTIC

PHASE

LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA: STORIA NATURALE

Fase cronica: 4 anni (1 - >10).

-Leucocitosi: 20 - 100.000 / l nei casi a diagnosi occasionale, 100 - > 400.000 nei casi sintomatici, con neutrofilia;

-frequente basofilia e costante presenza di precursori granulocitari (promielociti – metamielociti, blasti 1 –5% nei casi con iperleucocitosi).

-Frequente piastrinosi moderata (400.000 – 1.000.000/ l), raramente iperpiastrinosi (> 1.000.000/ l) e leucocitosi minima.


Fase cronica- Eritrociti nella norma o lieve anemia.- Splenomegalia frequente, che correla con l’ entità della leucocitosi.-Midollo osseo ipercellulare, con spiccata iperplasia granulocitopoietica, normale maturazione (blasti < 5%), aumento dei megacariociti; fibrosi assente o scarsa.

- Sintomi assenti o aspecifici: astenia, dimagrimento, sudorazioni, tensione o dolori addominali da splenomegalia, nei casi con iperleucocitosi.


Fase accelerata-Durata 6 – 12 mesi; può anche mancare nei casi a trasformazione acuta.-Possibile comparsa di ulteriori alterazioni del cariotipo.-Iniziali segni di alterata maturazione emopoietica: aumento cellule immature nel sangue e nel midollo, spesso anemia, piastrinopenia o piastrinosi, incremento della basofilia. -Frequente incremento della splenomegalia, indipendente dalla leucocitosi.

-Frequente accentuazioni di sintomi infiammatori: astenia, sudorazioni, febbre, dolori ossei.


Fase blastica

-Sopravvivenza di pochi mesi.

-Frequenti anomalie aggiuntive del cariotipo (due cromosomi Ph1, +8, inversione del 17).

-Quadro ematologico di leucemia acuta (mieloide nel 70%, linfoide nel 30% dei casi): leucocitosi con blasti midollari o periferici > 20%, anemia, piastrinopenia, granulocitopenia. Frequente epato-splenomegalia, a volte adenopatie.

- Frequenti sintomi di anemia, dolori addominali per splenomegalia, febbre, dimagrimento, infezioni e diatesi emorragica. Morte di solito per infezioni o emorragia.

CML IN BLASTIC PHASE

PROLIFERATION(loss of physiological control)

APOPTOSIS

DIFFERENTIATION

CML EVOLUTION

TELOMERE SHORTENING AND TELOMERASE

ACTIVATION

P53 INCTIVATION

EPIGENETICSILENCING

ADDITIONALTRANSLOCATIONS

LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA: DIAGNOSI

-Sospettata per leucocitosi con neutrofilia (soprattutto se GB > 20.000 / l) e presenza di cellule immature circolanti piastrinosi.

- Conferma mediante esame citogenetico su sangue midollare e/o ricerca dell’ RNA del gene ibrido BCR/ABL su cellule midollari o sangue periferico.

- Se la citogenetica non evidenzia il cromosoma Ph1 ma il quadro ematologico è sospetto per LMC, eseguire ricerca BCR/ABL.

LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA: PROGNOSI

Con chemioterapia tradizionale la sopravvivenza mediana ERA DI 4 anni; con ampie variazioni individuali (< 2 - > 10), secondo fattori prognostici. La valutazione più usata (“score” di Sokal) considera fattori negativi:

splenomegalia, piastrinosi, % di blasti circolanti, età.

3 gruppi: basso rischio (50%, sopravviv. mediana 5 – 6 anni), rischio intermedio (25-30%, sopravviv. mediana 3 – 4 anni), alto rischio (20 – 25%, sopravviv. mediana 2 anni).

Basso rischio ha anche più probabilità di risposta citogenetica alle moderne terapie.

LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA: PROGNOSI

- Con moderne terapie (trapianto di midollo allogenico, interferone , inibitore della tirosino-chinasi BCR/ABL) fondamentale la risposta citogenetica maggiore: riduzione > del 65% o scomparsa delle cellule con cromosoma Ph1 dal midollo osseo.

- Se scomparsa del cromosoma Ph1, sopravvivenza a 10 anni del 70 – 90%.

- Importante monitorare la risposta alle terapie con esami citogenetici periodici (ogni 6-12 mesi).

LEUCEMIA MIELOIDE CRONICA: TERAPIA

Chemioterapia tradizionale

(idrossiurea, busulfano) - effetto solo palliativo, può normalizzare i valori di GB e piastrine, ma non induce regressione del clone neoplastico: sopravvivenza mediana circa 4 anni;

Indicazioni attuali:- trattamento iniziale per rapida riduzione leucocitosi;- terapia per pazienti molto anziani;- palliativo per pazienti non responsivi ad altre terapie.


Interferone citosina arabinoside

- Risposte citogenetiche maggiori: 20 – 50 %, risposte complete 10 – 30 % ;

- risposte complete durature solo nei casi a basso rischio. Possibili guarigioni ?

- Non tollerato dal 20% dei pazienti, soprattutto dagli anziani: astenia, mialgie, depressione, febbre, complicanze autoimmuni.

- Inefficace in fase accelerata o blastica.


Trapianto di midollo allogenico- Può guarire circa il 60% dei pazienti in fase cronica (scomparsa permanente del cromosoma Ph1 e dell’ RNA di BCR/ABL) se < 45 anni e con donatore famigliare HLA compatibile.

- Mortalità da trapianto circa 20%.

- Recidive circa 20% (in parte recuperabili con infusione di linfociti del donatore).


Trapianto di midollo allogenico- Aumento mortalità se età > 45 anni o donatore non famigliare o malattia in fase accelerata o cronica da più di 1-2 anni.

- Mortalità < 10% se età < 30 anni, donatore consanguineo HLA identico e durata malattia < 1 anno.

- Guarigioni più rare (30%) in fase accelerata; quasi sempre inefficace in fase blastica.

OGGI E’ USATO CON ASSAI POCO ENTUSIASMO

STI 571 (imatinib)

- Inibisce l’ attività tirosino-chinasi della proteina di fusione BCR/ABL, bloccando sito di legame con ATP.

- Arresto proliferativo e induzione di apoptosi nelle cellule di LMC.


MECCANISMO DI AZIONE DI STI-571

Bcr/abl Bcr/ablATP

P

substrato fosforilato

Bcr/ablBcr/abl

STI571

substrato non fosforilato

ATP


STI 571 (imatinib)

-Altamente efficace in fase cronica: 50-70% risposte citogenetiche complete. Non noti effetti a lungo termine, perché esperienza ancora recente (PIU’ PASSA IL TEMPO PIU’SONO BUONI).

- Efficacia moderata in fase accelerata (30 – 40% risposte citogenetiche maggiori).

- Beneficio solo temporaneo (2-3 mesi) in fase blastica

TERAPIA LMC IN FASE BLASTICA

-Terapia come per leucemie acute, ma scarsi risultati:

- se blasti di tipo linfoide (30% dei casi), 70% di risposte complete a chemioterapia (2a fase cronica) ma durata di pochi mesi;

- se trasformazione in leucemia acuta mieloide 30% risposte complete e di breve durata con chemioterapia intensiva o con STI571;

- qualche possibilità di lunga sopravvivenza solo se trapianto allogenico in 2a fase cronica.

CONCLUSIONS

•UNDERSTANDING THE MOLECULAR PATHOGENESIS OF CML ALLOWED THE DEVELOPMENT OF EFFECTIVE NON TOXIC DRUGS (STI 571)

•ADDITIONAL DRUGS ARE UNDER EALUATION

•A GOOD MODEL FOR ONCOGENE-TARGETING THERAPIES

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