Background: Ibrutinib improves the treatment of relapsed or refractory mantle cell lymphoma, a mature B cell neoplasm. However, relapses following treatment with this Bruton tyrosine kinase inhibitor occur frequently, and the outcome of affected patients is poor.
Objectives: Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) can track trends in gene expression of mantle cell lymphoma cells across ibrutinib treatment and new therapeutic targets can be defined based on the detected resistance mechanisms.
Materials and methods: The ibrutinib-sensitive mantle cell lymphoma cell line REC‑1 was treated with ibrutinib for 6 h and 48 h. Droplet-based scRNA-seq was performed to examine the transcriptomic alterations of surviving cells using the 10× Genomics platform. Extracellular flux analysis and flow cytometry were applied to further study the observed adaptations to ibrutinib treatment.
Results: REC‑1 harbored a subpopulation with potential for crosstalk with microenvironment and therefore greater risk for aggressiveness and drug resistance. Following ibrutinib treatment, NF-κB signaling was turned off. In contrast, the cells upregulated B-cell receptor genes and surface antigens such as CD52, and switched their metabolism to increased dependence on oxidative phosphorylation.
Conclusions: Targeting oxidative phosphorylation or CD52 in combination with or as follow-up to ibrutinib might overcome resistance and provide improved prognosis for mantle cell lymphoma patients.
Zusammenfassung: HINTERGRUND: Der Einsatz von Ibrutinib verbessert die Überlebensrate von Patienten mit rezidiviertem oder refraktärem Mantelzelllymphom, einer reifen B‑Zell-Neoplasie. Jedoch sind Rückfälle nach der Behandlung mit diesem Bruton-Tyrosinkinase-Inhibitor häufig und resultieren in einer schlechten Prognose für die betroffenen Patienten.
Ziel der arbeit: Durch eine Einzelzell-RNA-Sequenzierung können Trends in der Genexpression von Mantelzelllymphomzellen im Verlauf einer Ibrutinib-Behandlung nachvollzogen und gezielte Therapieansätze basierend auf den entdeckten Resistenzmechanismen definiert werden.
Material und methoden: Die Ibrutinib-sensitive Mantelzelllymphomzelllinie REC‑1 wurde für 6 h und 48 h mit Ibrutinib behandelt. Die Veränderungen im Transkriptom überlebender Zellen wurden mit der Einzelzell-RNA-Sequenzierung auf Basis der 10× Genomics-Tröpfchen-Mikrofluidik analysiert. Die beobachteten Anpassungen an die Ibrutinib-Therapie wurden mittels extrazellulärer Flux-Analyse und Durchflusszytometrie näher untersucht.
Ergebnisse: Eine Subgruppe der REC‑1 wies das Potenzial zur Interaktion mit dem Tumormikromilieu und damit ein höheres Risiko für aggressives Verhalten und Therapieresistenz auf. Durch die Ibrutinib-Behandlung wurde die NF-κB-Signalübertragung reduziert. Hingegen steigerten die Zellen die Expression von Genen des B‑Zell-Rezeptors und von Oberflächenantigenen wie CD52 und stellten ihren Metabolismus um, wodurch eine erhöhte Abhängigkeit von der oxidativen Phosphorylierung entstand.
Schlussfolgerung: Oxidative Phosphorylierung und CD52 könnten als neue Ansätze für Ibrutinib Kombinations- oder Konsolidierungstherapien dienen, wodurch Resistenzmechanismen umgangen und Mantelzelllymphompatienten eine bessere Prognose ermöglicht wird.
Keywords: Bruton tyrosine kinase inhibitor; Drug resistance; Minimal residual disease; Oxidative phosphorylation; Targeted therapy.
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