Examining the effects of epigenetic modulation on IDH mutant gbm cells

Abstract

IDH1 ve IDH2 genlerindeki mutasyonlar düşük dereceli gliomlar ve ikincil GBM tümörlerinde görülmekte olup, belirleyici epigenetik farklılıklara sebep olduğu bilinmektedir. Epigenetik hassasiyetlerini sorgulamak amacıyla, IDH mutant gliom hücrelerinde kromatin düzenleyici inhibitörlerinin bulunduğu kütüphane ile gerçekleştirdiğimiz kimyasal tarama sonucunda bu hücreleri yüksek oranda etkileyen 5azacytidine, Chaetocin, GSK-J4 ve Belionstat kimyasalları tanımlanmıştır. Belirlenen ajanların kombinasyon durumunda verimleri test edildiğinde, GSK-J4 ve Belinostat kombinasyonunun IDH mutant gliomlarda hücre canlılığını önemli ölçüde etkilediği görülmüştür. IDH1R132H mutasyonu hücrelerde ektopik olarak ifade edildiğinde IDH mutant hücrelerinin transkriptomunun ve hücresel stres kaynaklı yolakların değiştiğini, ve bu değişimlerin IDH mutant inhibitörü GSK864 ile geriye döndürülebileceğini gösterdik. GSK-J4 ve Belinostat kombinasyonunun IDH1R132 hücrelerinde etkisinin yüksek olduğunu, ancak yabanıl tip gliom hücrelerinde ve malignant olmayan fibroblast ve astrosit hücrelerini etkilemediği görülmüştür. GSK-J4 ve Belinostat kombinasyonu hücre ölümü ve apoptozun indüklenmesini içerir. RNA sekanslama analizleri glioma hücrelerinde artan stresi gösterir biçimde, GSK-J4 ve Belinostat verilen IDH-1 mutant hücrelerinde, inflamatuar ve katlanmamış protein cevabı yolaklarının aktive olduğunu göstermiştir. Özellikle, GSK-J4 indüklenen ATF4 aracılı entegre stres cevabı (ISR) ve Belinostat kaynaklı primer IDH1-mutant glioma hücrelerinde hücre döngüsünün durmasına neden olmuş, bunlara DDIT3/CHOP bağımlı apoptoz eşlik etmiştir. Buna ek olarak, sorumlu hedef histon demetilazını yok etmek için CRISPR/Cas9 aracılı genetik bir yaklaşım ile ve hem KDM6A hem de KDM6B'nin ablasyonunun, IDH1 mutant hücrelerinde GSK-J4'ün etkilerini fenokopi ettiğini gösterdik. Son olarak, GSK-J4 ve Belinostat kombinasyonu, farelerde ortotopik bir modelde tümör büyümesini ve sağkalımı artırmıştır. Bu sonuçlar IDH1-mutant gliomalara karşı potansiyel bir kombinasyon epigenetik tedavi önermektedir.

Mutations in IDH1 and IDH2 genes are common in low grade gliomas and secondary GBM and are known to cause a distinct epigenetic landscape in these tumors. To interrogate the epigenetic vulnerabilities of IDH-mutant gliomas, we performed a chemical screen with inhibitors of chromatin modifiers and identified 5-azacytidine, Chaetocin, GSK-J4 and Belinostat as potent agents against primary IDH1-mutant cell lines. Testing the combinatorial efficacy of these agents, we demonstrated GSK-J4 and Belinostat combination as a very effective treatment for the IDH1-mutant glioma cells. Engineering established cell lines to ectopically express IDH1R132H, we showed that IDH1-mutant cells adopted a different transcriptome with changes in stress-related pathways that were reversible with the mutant IDH1 inhibitor, GSK864. The combination of GSK-J4 and Belinostat was highly effective on IDH1R132H cells, but not on wt glioma cells or non-malignant fibroblasts and astrocytes. The cell death induced by GSK-J4 and Belinostat combination involved the induction of cell cycle arrest and apoptosis. RNA sequencing analyses revealed activation of inflammatory and unfolded protein response pathways in IDH1-mutant cells upon treatment with GSK-J4 and Belinostat conferring increased stress to glioma cells. Specifically, GSK-J4 induced ATF4-mediated integrated stress response (ISR) and Belinostat induced cell cycle arrest in primary IDH1-mutant glioma cells, which were accompanied by DDIT3/CHOP-dependent upregulation of apoptosis. Moreover, to dissect out the responsible target histone demethylase, we undertook genetic approach and demonstrated that CRISPR/Cas9 mediated ablation of both KDM6A and KDM6B phenocopied the effects of GSK-J4 in IDH1-mutant cells. Finally, GSK-J4 and Belinostat combination significantly decreased tumor growth and increased survival in an orthotopic model in mice. Together, these results suggest a potential combination epigenetic therapy against IDH1-mutant gliomas.