Defining Epidrivers of CLL Evolution in Response to Targeted Therapy

癌症在治疗施加的压力下进化的能力是最常见的单一原因 大多数癌症类型的治疗失败和糟糕的临床结果。我们研究了 慢性淋巴细胞白血病(CLL)，它集中体现了癌症对现代肿瘤学的挑战 演变：尽管有有效的治疗方法，这种疾病总是会复发。我们测量了肿瘤内的 多样性，使用基因组和表观基因组数据，并表明进化和治疗实际上是 国际(细胞，2013；癌症细胞，2014；自然，2015；自然通讯，2016)。 肿瘤学中一个重要的新兴主题是，肿瘤对耐药性的进化也可能遵循非遗传途径。 具体地说，细胞持久性、谱系可塑性和微环境相互作用都是非遗传的。 确定的表型，这些表型是可遗传的，使肿瘤能够进化并逃避治疗攻击。在……里面 CLL，我们已经证明这些机制在抵抗伊布鲁替尼治疗方面高度活跃，伊布鲁替尼是一种主要的 目标代理人(自然通讯，正在出版中)。与遗传抗性不同的是，我们目前甚至缺乏 关于如何在治疗上针对这些机制的基本框架。因此，我们的目标是剖析如何 表观遗传和微环境的异质性产生了癌症进化和复发的能力。 首先，通过将新的统计推断应用于序列DNA甲基化(DNAME)患者样本 侧写， 我们 将要 定义 正向 已选择 域名 变化 - 流行性感冒 - 那 结果 在……里面 单元格 坚持不懈。 我们 将要 验证 候选人 流行性感冒 穿过 精密度 表观遗传 正在编辑， 在……里面 订单 至 因果关系 链接 流行性感冒 使用 这个 持久性 表型。 我们 将要 集成 这个 域名 剖面图 使用 转录的 和 克隆性 身份 通过 应用我们的创新、多模式、单电池平台。 第二，组蛋白密码中断和异常转录因子(TF)的表达具有遗传进化性。 潜力， 和 可能 BE 成因 的 世系 可塑性。 至 识别 流行性感冒 的 世系 可塑性， 我们 将要 执行 Richter‘s变形症患者系列样本中的组合组蛋白图谱。我们会 用Screen-Seq-a方法补充患者样本研究，将Tf和组蛋白修饰物与 在治疗压力下发展为高级别淋巴瘤的能力。 第三, 我们的 结果 显示 那 单元格 使用 抵抗力 突变 启用 这个 生长 的 单元格 如果没有 这个 突变 穿过 微环境 协作。 至 审问 这个 共同进化 的 CLL 和 它的 微环境， 我们 将要 应用 单细胞 液滴 RNASeq 至 连载 淋巴 节点 样本 从… 病人 正在经历 伊布鲁替尼 心理治疗。 我们的 多模式， 小说 单细胞 液滴 站台 将要 允许 我们 至 捕获 克隆性 身份， 在一起 通过完整的转录组分析，跨越CLL克隆和邻近的相互作用的免疫细胞。 总的来说，这套新颖的工具将绘制出人类的表观遗传和环境进化潜力 CLL并提名治疗干预的靶点，以克服肿瘤进化的中心障碍。

Cancer's ability to evolve in response to the pressures exerted by therapy is the single most common cause of therapeutic failure and poor clinical outcomes across most cancer types. We studied the evolution of chronic lymphocytic leukemia (CLL), which epitomizes the challenge posed to modern oncology by cancer evolution: despite effective therapies, the disease invariably recurs. We have measured intra-tumoral diversity, using genomic and epigenomic data, and have shown that evolution with therapy is virtually universal (Cell, 2013; Cancer Cell, 2014; Nature, 2015; Nature Communications, 2016). A major, emerging theme in oncology is that tumor evolution to resistance may also follow non-genetic routes. Specifically, cell persistence, lineage plasticity, and micro-environmental interactions are all non-genetically determined phenotypes, which are heritable and enable tumors to evolve and evade therapeutic attack. In CLL, we have shown that these mechanisms are highly active in resistance to ibrutinib therapy, a leading targeted agent (Nature Communications, in press). Unlike genetic resistance, we currently lack even a rudimentary framework on how to therapeutically target these mechanisms. Therefore,we aim to dissect how epigeneticand micro-environmental heterogeneity produce the cancer's ability to evolve and relapse. First,through the application of novel statistical inference to serial DNA methylation (DNAme) patient sample profiling, we will define positively selected DNAme changes – epidrivers – that result in cell persistence. We will validate candidate epidrivers through precision epigenetic editing, in order to causally link epidrivers with the persistence phenotype. We will integrate the DNAme profiles with transcriptional and clonal identity by applyingour innovative, multi-modality, single-cell platform. Second,histone code disruption and aberrant transcription factor (TF) expression have heritable evolutionary potential, and may be causes of lineage plasticity. To identify epidrivers of lineage plasticity, we will perform combinatorial histone mapping in serial samples from patients with Richter's transformation. We will complementthe patient sample studies with Screen-seq – a method to link TF and histone modifiers with the abilityto evolve to high-grade lymphoma under therapeutic pressure. Third, our results show that cells with resistance mutations enable the growth of cells without the mutation through micro-environmental collaboration. To interrogate the co-evolution of CLL and its micro-environment, we will apply single-cell droplet RNAseq to serial lymph node samples from patients undergoing ibrutinib therapy. Our multi-modality, novel single-cell droplet platform will allow us to capture clonal identity, together withwhole transcriptome profiling, across CLL clones and neighboring, interacting immune cells. Collectively, this novel set of tools will map the epigenetic and environmental evolutionary potential of CLL and nominate targets for therapeutic intervention to overcome the central obstacle of tumor evolution.