Despite significant progress in understanding the genetic landscape of T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL), the discovery of novel therapeutic targets has been difficult. Our results demonstrate that the levels of PIM1 protein kinase is elevated in early T-cell precursor ALL (ETP-ALL) but not in mature T-ALL primary samples. Small-molecule PIM inhibitor (PIMi) treatment decreases leukemia burden in ETP-ALL. However, treatment of animals carrying ETP-ALL with PIMi was not curative. To model other pathways that could be targeted to complement PIMi activity, HSB-2 cells, previously characterized as a PIMi-sensitive T-ALL cell line, were grown in increasing doses of PIMi. Gene set enrichment analysis of RNA sequencing data and functional enrichment of network modules demonstrated that the HOXA9, mTOR, MYC, NFκB, and PI3K-AKT pathways were activated in HSB-2 cells after long-term PIM inhibition. Reverse phase protein array–based pathway activation mapping demonstrated alterations in the mTOR, PI3K-AKT, and NFκB pathways, as well. PIMi-tolerant HSB-2 cells contained phosphorylated RelA-S536 consistent with activation of the NFκB pathway. The combination of NFκB and PIMis markedly reduced the proliferation in PIMi-resistant leukemic cells showing that this pathway plays an important role in driving the growth of T-ALL. Together these results demonstrate key pathways that are activated when HSB-2 cell line develop resistance to PIMi and suggest pathways that can be rationally targeted in combination with PIM kinases to inhibit T-ALL growth.

中文翻译：

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PIM 激酶抑制剂阻断原发性 T 细胞急性淋巴细胞白血病的生长：通过网络建模分析确定的耐药途径

尽管在理解 T 细胞急性淋巴细胞白血病 (T-ALL) 的遗传格局方面取得了重大进展，但发现新的治疗靶点一直很困难。我们的结果表明 PIM1 蛋白激酶的水平在早期 T 细胞前体 ALL (ETP-ALL) 中升高，但在成熟 T-ALL 原代样本中没有升高。小分子 PIM 抑制剂 (PIMi) 治疗可降低 ETP-ALL 的白血病负担。然而，用 PIMi 治疗携带 ETP-ALL 的动物并不能治愈。为了模拟可以针对补体 PIMi 活性的其他途径，HSB-2 细胞（以前被称为 PIMi 敏感的 T-ALL 细胞系）在增加剂量的 PIMi 中生长。RNA测序数据的基因集富集分析和网络模块的功能富集表明，HOXA9、mTOR、MYC、NFκB、在长期 PIM 抑制后，HSB-2 细胞中的 PI3K-AKT 通路被激活。基于反相蛋白质阵列的通路激活映射也证明了 mTOR、PI3K-AKT 和 NFκB 通路的改变。PIMi 耐受的 HSB-2 细胞含有磷酸化的 RelA-S536，与 NFκB 通路的激活一致。NFκB 和 PIMis 的组合显着降低了 PIMi 抗性白血病细胞的增殖，表明该途径在驱动 T-ALL 生长中起重要作用。这些结果共同证明了当 HSB-2 细胞系对 PIMi 产生抗性时激活的关键途径，并表明可以与 PIM 激酶结合合理靶向以抑制 T-ALL 生长的途径。基于反相蛋白质阵列的通路激活映射也证明了 mTOR、PI3K-AKT 和 NFκB 通路的改变。PIMi 耐受的 HSB-2 细胞含有磷酸化的 RelA-S536，与 NFκB 通路的激活一致。NFκB 和 PIMis 的组合显着降低了 PIMi 抗性白血病细胞的增殖，表明该途径在驱动 T-ALL 生长中起重要作用。这些结果共同证明了当 HSB-2 细胞系对 PIMi 产生抗性时激活的关键途径，并表明可以与 PIM 激酶结合合理靶向以抑制 T-ALL 生长的途径。基于反相蛋白质阵列的通路激活映射也证明了 mTOR、PI3K-AKT 和 NFκB 通路的改变。PIMi 耐受的 HSB-2 细胞含有磷酸化的 RelA-S536，与 NFκB 通路的激活一致。NFκB 和 PIMis 的组合显着降低了 PIMi 抗性白血病细胞的增殖，表明该途径在驱动 T-ALL 生长中起重要作用。这些结果共同证明了当 HSB-2 细胞系对 PIMi 产生抗性时激活的关键途径，并表明可以与 PIM 激酶结合合理靶向以抑制 T-ALL 生长的途径。NFκB 和 PIMis 的组合显着降低了 PIMi 抗性白血病细胞的增殖，表明该途径在驱动 T-ALL 的生长中起着重要作用。这些结果共同证明了当 HSB-2 细胞系对 PIMi 产生抗性时激活的关键途径，并表明可以与 PIM 激酶结合合理靶向以抑制 T-ALL 生长的途径。NFκB 和 PIMis 的组合显着降低了 PIMi 抗性白血病细胞的增殖，表明该途径在驱动 T-ALL 生长中起重要作用。这些结果共同证明了当 HSB-2 细胞系对 PIMi 产生抗性时激活的关键途径，并表明可以与 PIM 激酶结合合理靶向以抑制 T-ALL 生长的途径。