Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Juvenile myelomonocytic leukemia (JMML) is an aggressive myeloproliferative neoplasm that lacks effective chemotherapies. Most commonly, patients have gain-of-function (GOF) oncogenic mutations in SHP2, leading to hyperactivation of ERK and AKT and hyperproliferation of cells in response to granulocyte macrophage-colony stimulating factor (GM-CSF). Our lab previously showed that p110δ, the hematopoietic-specific catalytic subunit of phosphoinositide 3-kinase, is a crucial mediator of mutant Shp2-induced GM-CSF hypersensitivity in vitro. We treated oncogenic Shp2-expressing mice with a p110δ inhibitor and showed that the strong effect our lab observed in vitro translated into reduced splenomegaly and prolonged survival in vivo. We investigated molecules potentially cooperating with p110δ signaling and discovered that Bruton’s tyrosine kinase (BTK) is hyperphosphorylated in GOF Shp2 myeloid cells. We used specific BTK and p110δ inhibitors to demonstrate that BTK cooperates with p110δ to hyperactivate Akt/Erk and to promote hyperproliferation. GOF Shp2-expressing mice treated in vivo with the drug combination targeting p110δ and BTK have significantly decreased splenomegaly and WBC counts. We also explored the mechanism of BTK signaling and hypothesized that B cell adaptor for PI3K (BCAP) mediated BTK upregulation of PI3K activity. In mutant Shp2 macrophages, we observed BCAP phosphorylation specifically in the larger isoforms needed for PI3K activation, and BTK inhibition led to a dose-dependent reduction in this phosphorylation. We also demonstrated reduced interaction between BCAP and the PI3K regulatory p85α subunit bearing mutated SH2 domains. Finally, we investigated the effects of mutated DNA methyltransferase 3A (Dnmt3a) in conjunction with GOF Shp2. Double mutant mice quickly became moribund with pronounced splenomegaly and leukocytosis. There was an expansion of mature myeloid cells in the periphery and myeloid progenitors in the bone marrow, plus anemia with evidence of compensatory erythropoiesis in the spleen. Our findings show that the myeloproliferative neoplasm caused by GOF Shp2 is due to hyperactive p110δ, and this is further promoted by BTK, which forms a positive feedback loop with PI3K and BCAP, thus leading to more Akt/Erk hyperphosphorylation and more hyperproliferation in response to GM-CSF. The dual inhibition of p110δ and BTK represents a novel effective treatment strategy for JMML and other diseases induced by oncogenic Shp2.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Hematopoiesis proceeds through three developmental phases, each with a unique and indispensable function. The individual roles of these phases in the pathogenesis of blood disorders is unknown. We have adapted murine lineage trace models to identify the relative contributions of embryonic, fetal, and adult hematopoietic phases to the origin of Juvenile Myelomonocytic Leukemia. We hypothesized that the fetal phase would have the most pronounced contribution to the development of JMML, a pediatric myeloproliferative disorder whose disease-initiating somatic mutations occur in utero. Progenitors expressing PTPN11E76K from all three waves were growth hypersensitive to GM-CSF due to hyperactive RAS-ERK signaling. However, fulminant myeloproliferation was only seen in fetal and adult cohorts. We observed equal disease severity in FLT3Cre; PTPN11E76K; ROSA26mTmG and CSF1R-MCM; PTPN11E76K; ROSA26YFP cohorts, which had high and low mutant allele frequencies, respectively. This led to the revelation that all progenitors in the BM niche of mutant animals have equal growth hypersensitivity and RAS-ERK hyperactivation due to non-cell autonomous effects of PTPN11E76K. We further identified that FLT3Cre has hematopoietic-restricted expression, and thereby circumvented morbidity from PTPN11E76K expression in endothelial and stromal cells. This led us to hypothesize that FLT3Cre; KrasG12D; ROSA26mTmG would be the first faithful model of JMML to express this disease-initiating mutation. Indeed, FLT3Cre; KrasG12D mice were born at expected Mendelian ratio and showed normal weight gain to 2 weeks of age. Thereafter, they acquired defining features of JMML including monocytosis, anaemia, thrombocytopenia, and hepatosplenomegaly. All FLT3Cre; KrasG12D mice succumb to a JMML-like disease, which was propagated following transplantation. This is in contrast with CSF1R-MCM; KrasG12D; ROSA26YFP mice, in which low mutant allele frequencies in either fetal or adult HSCs uniformly resulted in T-ALL. Our models reveal previously underappreciated features of JMML including an expansion of dendritic cells and a pronounced defect in T-lymphocyte development. We are the first to demonstrate non-cell autonomous effects of hematopoietic-restricted PTPN11E76K expression. Most importantly, we have shown that both the spatial and the temporal origin of JMML-initiating mutations will affect disease manifestations. Each of our findings suggest novel strategies to treat this intractable disease.

As síndromes mielodisplásicas (SMD) se caracterizam por terem uma hematopoese displásica, citopenias e pelo risco de progressão para leucemia mielóide aguda. O diagnóstico baseia-se na clínica e nos achados citomorfológicos da medula óssea (MO) e citogenéticos. Na fase inicial ou quando a MO é hipocelular o diagnóstico é difícil e a citogenética frequentemente é normal. A imunofenotipagem (IMF) tem sido cada vez mais utilizada nos casos de SMD em adultos e pouco explorada na SMD pediátrica. Os nossos objetivos foram: estudar os casos de SMD e doenças correlatas (LMA relacionada à SMD: LMA-rMD; leucemia mielomonocítica crônica: LMMC e leucemia mielomonocítica juvenil: LMMJ) em adultos e crianças, associando os dados clínicos e laboratoriais aos obtidos pela IMF, que utilizou um painel de anticorpos monoclonais para as várias linhagens medulares. No período compreendido entre 2000 e 2010 foram estudados 87 pacientes (64 adultos e 23crianças) oriundos do HUPE/UERJ e IPPMG/UFRJ e 46 controles (23 adultos e 20 crianças). Todos os doentes realizaram mielograma, biópsia óssea, citogenética, citoquímica e estudo imunofenotípico. Segundo os critérios da OMS 50 adultos foram classificados como SMD, 11 como LMA-rMD e 3 LMMC. Entre as crianças 18 eram SMD, 2 LMA e 3 LMMJ. Os pacientes adultos com SMD foram divididos em alto risco (n = 9; AREB-1 e AREB-2) e baixo risco (n=41; CRDU, CRDM, CRDM-SA, SMD-N e SMD-5q-). As crianças com SMD em CR (n=16) e AREB (n = 2). Anormalidades clonais recorrentes foram encontradas em 22 pacientes adultos e em 7 crianças. Na análise da IMF foi utilizada a metodologia da curva ROC para a determinação dos valores de ponto de corte a fim de identificar os resultados anormais dos anticorpos monoclonais nos pacientes e nos controles, permitindo determinar a sensibilidade e especificidade desses em cada linhagem. A IMF foi adequada para a análise em todos os pacientes e 3 ou mais anormalidades foram encontradas. A associação da IMF aumentou a sensibilidade da análise morfológica na linhagem eritróide de 70 para 97% nos adultos e de 59 para 86% nas crianças; na linhagem granulocítica de 53 para 98% nos adultos e de 50 para 100% nas crianças. Nos monócitos, onde a morfologia não foi informativa, mostrou uma sensibilidade de 86% nos adultos e 91% nas crianças. Enquanto que na linhagem megacariocítica, não analisada pela IMF, a morfologia mostrou uma sensibilidade de 95% nos adultos e 91% nas crianças. Na população de blastos foi expressiva a ausência de precursores linfóide B (em 92% dos adultos e em 61% das crianças). Os resultados observados nas crianças com SMD foram semelhantes aos encontrados nos adultos. Em conclusão, nossos resultados mostraram que a IMF é um método complementar ao diagnóstico da SMD e doenças correlatas tanto em adultos quanto em crianças podendo contribuir para o reconhecimento rápido e precoce dessas enfermidades, devendo ser incorporado aos procedimentos de rotina diagnóstica. / As síndromes mielodisplásicas (SMD) se caracterizam por terem uma hematopoese displásica, citopenias e pelo risco de progressão para leucemia mielóide aguda. O diagnóstico baseia-se na clínica e nos achados citomorfológicos da medula óssea (MO) e citogenéticos. Na fase inicial ou quando a MO é hipocelular o diagnóstico é difícil e a citogenética frequentemente é normal. A imunofenotipagem (IMF) tem sido cada vez mais utilizada nos casos de SMD em adultos e pouco explorada na SMD pediátrica. Os nossos objetivos foram: estudar os casos de SMD e doenças correlatas (LMA relacionada à SMD: LMA-rMD; leucemia mielomonocítica crônica: LMMC e leucemia mielomonocítica juvenil: LMMJ) em adultos e crianças, associando os dados clínicos e laboratoriais aos obtidos pela IMF, que utilizou um painel de anticorpos monoclonais para as várias linhagens medulares. No período compreendido entre 2000 e 2010 foram estudados 87 pacientes (64 adultos e 23crianças) oriundos do HUPE/UERJ e IPPMG/UFRJ e 46 controles (23 adultos e 20 crianças). Todos os doentes realizaram mielograma, biópsia óssea, citogenética, citoquímica e estudo imunofenotípico. Segundo os critérios da OMS 50 adultos foram classificados como SMD, 11 como LMA-rMD e 3 LMMC. Entre as crianças 18 eram SMD, 2 LMA e 3 LMMJ. Os pacientes adultos com SMD foram divididos em alto risco (n = 9; AREB-1 e AREB-2) e baixo risco (n=41; CRDU, CRDM, CRDM-SA, SMD-N e SMD-5q-). As crianças com SMD em CR (n=16) e AREB (n = 2). Anormalidades clonais recorrentes foram encontradas em 22 pacientes adultos e em 7 crianças. Na análise da IMF foi utilizada a metodologia da curva ROC para a determinação dos valores de ponto de corte a fim de identificar os resultados anormais dos anticorpos monoclonais nos pacientes e nos controles, permitindo determinar a sensibilidade e especificidade desses em cada linhagem. A IMF foi adequada para a análise em todos os pacientes e 3 ou mais anormalidades foram encontradas. A associação da IMF aumentou a sensibilidade da análise morfológica na linhagem eritróide de 70 para 97% nos adultos e de 59 para 86% nas crianças; na linhagem granulocítica de 53 para 98% nos adultos e de 50 para 100% nas crianças. Nos monócitos, onde a morfologia não foi informativa, mostrou uma sensibilidade de 86% nos adultos e 91% nas crianças. Enquanto que na linhagem megacariocítica, não analisada pela IMF, a morfologia mostrou uma sensibilidade de 95% nos adultos e 91% nas crianças. Na população de blastos foi expressiva a ausência de precursores linfóide B (em 92% dos adultos e em 61% das crianças). Os resultados observados nas crianças com SMD foram semelhantes aos encontrados nos adultos. Em conclusão, nossos resultados mostraram que a IMF é um método complementar ao diagnóstico da SMD e doenças correlatas tanto em adultos quanto em crianças podendo contribuir para o reconhecimento rápido e precoce dessas enfermidades, devendo ser incorporado aos procedimentos de rotina diagnóstica.

As síndromes mielodisplásicas (SMD) se caracterizam por terem uma hematopoese displásica, citopenias e pelo risco de progressão para leucemia mielóide aguda. O diagnóstico baseia-se na clínica e nos achados citomorfológicos da medula óssea (MO) e citogenéticos. Na fase inicial ou quando a MO é hipocelular o diagnóstico é difícil e a citogenética frequentemente é normal. A imunofenotipagem (IMF) tem sido cada vez mais utilizada nos casos de SMD em adultos e pouco explorada na SMD pediátrica. Os nossos objetivos foram: estudar os casos de SMD e doenças correlatas (LMA relacionada à SMD: LMA-rMD; leucemia mielomonocítica crônica: LMMC e leucemia mielomonocítica juvenil: LMMJ) em adultos e crianças, associando os dados clínicos e laboratoriais aos obtidos pela IMF, que utilizou um painel de anticorpos monoclonais para as várias linhagens medulares. No período compreendido entre 2000 e 2010 foram estudados 87 pacientes (64 adultos e 23crianças) oriundos do HUPE/UERJ e IPPMG/UFRJ e 46 controles (23 adultos e 20 crianças). Todos os doentes realizaram mielograma, biópsia óssea, citogenética, citoquímica e estudo imunofenotípico. Segundo os critérios da OMS 50 adultos foram classificados como SMD, 11 como LMA-rMD e 3 LMMC. Entre as crianças 18 eram SMD, 2 LMA e 3 LMMJ. Os pacientes adultos com SMD foram divididos em alto risco (n = 9; AREB-1 e AREB-2) e baixo risco (n=41; CRDU, CRDM, CRDM-SA, SMD-N e SMD-5q-). As crianças com SMD em CR (n=16) e AREB (n = 2). Anormalidades clonais recorrentes foram encontradas em 22 pacientes adultos e em 7 crianças. Na análise da IMF foi utilizada a metodologia da curva ROC para a determinação dos valores de ponto de corte a fim de identificar os resultados anormais dos anticorpos monoclonais nos pacientes e nos controles, permitindo determinar a sensibilidade e especificidade desses em cada linhagem. A IMF foi adequada para a análise em todos os pacientes e 3 ou mais anormalidades foram encontradas. A associação da IMF aumentou a sensibilidade da análise morfológica na linhagem eritróide de 70 para 97% nos adultos e de 59 para 86% nas crianças; na linhagem granulocítica de 53 para 98% nos adultos e de 50 para 100% nas crianças. Nos monócitos, onde a morfologia não foi informativa, mostrou uma sensibilidade de 86% nos adultos e 91% nas crianças. Enquanto que na linhagem megacariocítica, não analisada pela IMF, a morfologia mostrou uma sensibilidade de 95% nos adultos e 91% nas crianças. Na população de blastos foi expressiva a ausência de precursores linfóide B (em 92% dos adultos e em 61% das crianças). Os resultados observados nas crianças com SMD foram semelhantes aos encontrados nos adultos. Em conclusão, nossos resultados mostraram que a IMF é um método complementar ao diagnóstico da SMD e doenças correlatas tanto em adultos quanto em crianças podendo contribuir para o reconhecimento rápido e precoce dessas enfermidades, devendo ser incorporado aos procedimentos de rotina diagnóstica. / As síndromes mielodisplásicas (SMD) se caracterizam por terem uma hematopoese displásica, citopenias e pelo risco de progressão para leucemia mielóide aguda. O diagnóstico baseia-se na clínica e nos achados citomorfológicos da medula óssea (MO) e citogenéticos. Na fase inicial ou quando a MO é hipocelular o diagnóstico é difícil e a citogenética frequentemente é normal. A imunofenotipagem (IMF) tem sido cada vez mais utilizada nos casos de SMD em adultos e pouco explorada na SMD pediátrica. Os nossos objetivos foram: estudar os casos de SMD e doenças correlatas (LMA relacionada à SMD: LMA-rMD; leucemia mielomonocítica crônica: LMMC e leucemia mielomonocítica juvenil: LMMJ) em adultos e crianças, associando os dados clínicos e laboratoriais aos obtidos pela IMF, que utilizou um painel de anticorpos monoclonais para as várias linhagens medulares. No período compreendido entre 2000 e 2010 foram estudados 87 pacientes (64 adultos e 23crianças) oriundos do HUPE/UERJ e IPPMG/UFRJ e 46 controles (23 adultos e 20 crianças). Todos os doentes realizaram mielograma, biópsia óssea, citogenética, citoquímica e estudo imunofenotípico. Segundo os critérios da OMS 50 adultos foram classificados como SMD, 11 como LMA-rMD e 3 LMMC. Entre as crianças 18 eram SMD, 2 LMA e 3 LMMJ. Os pacientes adultos com SMD foram divididos em alto risco (n = 9; AREB-1 e AREB-2) e baixo risco (n=41; CRDU, CRDM, CRDM-SA, SMD-N e SMD-5q-). As crianças com SMD em CR (n=16) e AREB (n = 2). Anormalidades clonais recorrentes foram encontradas em 22 pacientes adultos e em 7 crianças. Na análise da IMF foi utilizada a metodologia da curva ROC para a determinação dos valores de ponto de corte a fim de identificar os resultados anormais dos anticorpos monoclonais nos pacientes e nos controles, permitindo determinar a sensibilidade e especificidade desses em cada linhagem. A IMF foi adequada para a análise em todos os pacientes e 3 ou mais anormalidades foram encontradas. A associação da IMF aumentou a sensibilidade da análise morfológica na linhagem eritróide de 70 para 97% nos adultos e de 59 para 86% nas crianças; na linhagem granulocítica de 53 para 98% nos adultos e de 50 para 100% nas crianças. Nos monócitos, onde a morfologia não foi informativa, mostrou uma sensibilidade de 86% nos adultos e 91% nas crianças. Enquanto que na linhagem megacariocítica, não analisada pela IMF, a morfologia mostrou uma sensibilidade de 95% nos adultos e 91% nas crianças. Na população de blastos foi expressiva a ausência de precursores linfóide B (em 92% dos adultos e em 61% das crianças). Os resultados observados nas crianças com SMD foram semelhantes aos encontrados nos adultos. Em conclusão, nossos resultados mostraram que a IMF é um método complementar ao diagnóstico da SMD e doenças correlatas tanto em adultos quanto em crianças podendo contribuir para o reconhecimento rápido e precoce dessas enfermidades, devendo ser incorporado aos procedimentos de rotina diagnóstica.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Juvenile Myelomonocytic Leukemia (JMML) is rare, fatal myeloproliferative disease (MPD) affecting young children, and is characterized by expansion of monocyte lineage cells and hypersensitivity to Granulocyte Macrophage-Colony Stimulating Factor (GM-CSF) stimulation. JMML is frequently associated with gain-of-function mutations in the PTPN11 gene, which encodes the protein tyrosine phosphatase, Shp2. Activating Shp2 mutations are known to promote hyperactivation of the Ras-Erk signaling pathway, but Akt is also observed to have enhanced phosphorylation, suggesting a potential role for Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K)-Akt signaling in mutant Shp2-induced GM-CSF hypersensitivity and leukemogenesis. Having demonstrated that Class IA PI3K is hyperactivated in the presence of mutant Shp2 and contributes to GM-CSF hypersensitivity, I hypothesized the hematopoietic-specific Class IA PI3K catalytic subunit p110δ is a crucial mediator of mutant Shp2-induced PI3K hyperactivation and GM-CSF hypersensitivity in vitro and MPD development in vivo. I crossed gain-of-function mutant Shp2 D61Y inducible knockin mice, which develop fatal MPD, with mice expressing kinase-dead mutant p110δ D910A to evaluate p110δ’s role in mutant Shp2-induced GM-CSF hypersensitivity in vitro and MPD development in vivo. As a comparison, I also crossed Shp2 D61Y inducible knockin mice with mice bearing inducible knockout of the ubiquitously expressed Class IA PI3K catalytic subunit, p110α. I found that genetic interruption of p110δ, but not p110α, significantly reduced GM-CSF-stimulated hyperactivation of both the Ras-Erk and PI3K-Akt signaling pathways, and as a consequence, resulted in reduced GM-CSF-stimulated hyper-proliferation in vitro. Furthermore, I found that mice bearing genetic disruption of p110δ, but not p110α, in the presence of gain-of-function mutant Shp2 D61Y, had on average, smaller spleen sizes, suggesting that loss of p110δ activity reduced MPD severity in vivo. I also investigated the effects of three PI3K inhibitors with high specificity for p110δ, IC87114, GDC-0941, and GS-9820 (formerly known as CAL-120), on mutant Shp2-induced GM-CSF hypersensitivity. These inhibitors with high specificity for p110δ significantly reduced GM-CSF-stimulated hyperactivation of PI3K-Akt and Ras-Erk signaling and reduced GM-CSF-stimulated hyperproliferation in cells expressing gain-of-function Shp2 mutants. Collectively, these findings show that p110δ-dependent PI3K hyperactivation contributes to mutant Shp2-induced GM-CSF hypersensitivity and MPD development, and that p110δ represents a potential novel therapeutic target for JMML.