Cellular aging in myeloproliferative neoplasms

Tharmapalan, Vithurithra; Koschmieder, Steffen; Di Russo, Jacopo; Wagner, Wolfgang

doi:10.18154/RWTH-2025-01949

Cellular aging in myeloproliferative neoplasms = Zellalterung bei myeloproliferativen Neoplasien

Tharmapalan, Vithurithra^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Vithurithra Tharmapalan, M.Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Wagner, Wolfgang (Thesis advisor)^RWTH* ; Koschmieder, Steffen (Thesis advisor)^RWTH* ; Di Russo, Jacopo (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-02-19

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-01949
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1005703/files/1005703.pdf

Einrichtungen

Projekte

DFG project G:(GEPRIS)417911533 - KFO 344: Mechanismen und molekulare Zielstrukturen der Myelofibrose in Myeloproliferativen Neoplasien (MPN) (417911533) (417911533)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
DNA methylation (frei) ; JAK2 (frei) ; MPN (frei) ; epigenetic age (frei) ; iPSCs (frei) ; senescence (frei) ; senolytics (frei) ; telomere length (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Myeloproliferative Neoplasien (MPN) sind eine Gruppe klonaler hämatologischer Malignome, die durch spezifische Treibermutationen wie JAK2 V617F verursacht werden und zu abnormalem Zellwachstum führen. Diese Mutationen sind mit abweichenden DNA-Methylierungsmustern (DNAm) assoziiert, obwohl die zugrundeliegenden Ursachen unklar sind. Diese Dissertation untersucht, ob die zelluläre Alterung bei MPN beschleunigt ist, um mögliche therapeutische Optionen durch senolytische Moleküle zu evaluieren, die selektiv seneszente Zellen abtöten und möglicherweise die mutierte Zellpopulation eliminieren könnten. Zudem soll geklärt werden, ob die JAK2 V617-Mutation direkt die MPN-assoziierte DNAm-Veränderung hervorruft. Zur Beantwortung dieser Fragen analysierten wir drei Parameter der zellulären Alterung – epigenetisches Alter, Telomerlänge und zelluläre Seneszenz – in Blutproben von gesunden Spendern und MPN-Patienten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Anzahl seneszenter Zellen bei gesunden Spendern mit dem Alter tendenziell zunimmt. Bei allen MPN-Entitäten wurde eine signifikante Beschleunigung des epigenetischen Alters und der seneszenz-assoziierten Gene beobachtet, während die Telomerverkürzung insbesondere bei primärer Myelofibrose ausgeprägt war. Insgesamt korrelierte die beschleunigte zelluläre Alterung mit der JAK2 V617F-Allellast und war in mutierten Kolonien stärker ausgeprägt als in Wildtyp-Kolonien. Die Behandlung mit Senolytika wie RG7112, JQ1, Nutlin-3a und AMG232 führte zu einer signifikanten Reduktion seneszenter Zellen und des epigenetischen Alters in gesunden Blutproben. In MPN-Zellen wurden durch JQ1 und Piperlongumin eine Reduktion der JAK2 V617F-Allellast und eine Verlängerung der Telomere erreicht. Die genomweite Methylierungsanalyse von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) und iPSC-abgeleiteten hämatopoetischen Vorläuferzellen mit JAK2-Mutation zeigte keine signifikanten Methylierungsunterschiede im Vergleich zu Wildtyp-Zellen. Dennoch beobachteten wir eine moderate Assoziation zwischen gemeinsamen Hypomethylierungsmustern bei Patienten mit der JAK2-Mutation.Zusammengefasst zeigen unsere Ergebnisse, dass die zelluläre Alterung in malignen Klonen beschleunigt ist und durch Senolytika gezielt behandelt werden kann. In iPSCs allein führt die JAK2 V617-Mutation nicht zu den bei MPN-Patienten beobachteten DNAm-Veränderungen, was darauf hindeutet, dass epigenetische Änderungen mit dem Fortschreiten der Krankheit akkumulieren und nicht zu Beginn der Krankheit auftreten. Unsere Ergebnisse verdeutlichen das komplexe Zusammenspiel zwischen zellulärer Alterung, epigenetischen Veränderungen und der JAK2 V617F-Mutation bei MPN und eröffnen neue Ansätze zur gezielten Behandlung sowohl der zellulären Alterung als auch der malignen Zellpopulation.

Myeloproliferative neoplasms (MPN) are a group of clonal hematological malignancies that are caused by specific driver mutations, such as JAK2 V617, which stimulate abnormal cell proliferation. These MPN associated mutations are associated with aberrant DNA methylation (DNAm) patterns, although the underlying cause remains unclear. This thesis aims to investigate if cellular aging is accelerated in MPN, which might provide new therapeutic options by senolytic molecules that selectively induce death in senescent cells and possibly eliminate the mutant cell population. Furthermore, we aim to better understand if the JAK2 V617 mutation directly evokes the MPN-associated aberrant DNAm. To address these questions, we analyzed three cellular aging parameters, including epigenetic age, telomere length, and cellular senescence in blood samples of healthy donors and MPN patients. Our results indicated that even in healthy donors, the fraction of senescent cells tends to increase with age. Across all MPN entities, we observed a significant acceleration of epigenetic age and senescence associated genes, whereas telomere attrition was particularly observed in primary myelofibrosis. Overall, accelerated cellular aging was correlated with JAK2 V617F allele burden and was more pronounced in JAK2 V617F mutated colonies than their wild type counterparts. Treatment with senolytics resulted in a significant reduction in senescent cells and epigenetic age in healthy blood cells treated with RG7112, JQ1, nutlin-3a and AMG232. Whereas MPN cells showed a reduction in the JAK2 V617F allele burden and an increase in telomere length with JQ1 and piperlongumine. Genome wide methylation analysis of induced pluripotent stem cells (iPSCs) and iPSC-derived hematopoietic progenitor cells with JAK2 mutation showed no significant methylation differences compared to wild type counterparts. However, we observed a moderate association between shared hypomethylation patterns in patients with the JAK2 mutation. Overall, our findings show that cellular aging is accelerated in malignant clones, and these cells can be targeted with senolytics. In iPSCs, the JAK2 V617 driver mutation alone does not recapitulate the DNAm alterations observed in MPN patients suggesting that epigenetic changes accumulate with disease progression rather than at early disease onset. Our results highlight the complex interplay between cellular aging, epigenetic changes, and the JAK2 V617F mutation in MPNs and may thereby provide new avenues for targeting both cellular aging and the malignant cell population.

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