The Role of GFI1 in regulating the metabolism of Acute Myeloid Leukemic cells
In this study, we explored the function of GFI1 in metabolic alterations that may have an association with AML progression. As novel findings, we discovered that GFI1 regulates cellular differentiation and metabolism in a dose-dependent manner. Increased expression of GFI1 inhibited proliferation and induced the differentiation of human leukemic cell lines, whereas reduced GFI1 expression enhanced proliferation and colony-forming capability. Expression levels of GFI1 regulated the most critical metabolic pathways, glycolysis and oxidative phosphorylation (OXPHOS). We found that enhanced GFI1 expression in human leukemic cell lines deregulated glycolysis, whereas a low expression of GFI1 in primary leukemic and non-leukemic cells from mice upregulated OXPHOPS. The observed metabolic phenotype was recapitulated in human leukemic cell lines with reduced GFI1 expression. Hence knockdown of GFI1 (GFI1 KD) altered the reliance of leukemic cells towards mitochondrial oxidative phosphorylation. We demonstrated that the elevated OXPHOS found with low expression levels of GFI1 was associated with increased glutamine metabolism and reduced fatty acid oxidation. Reduced expression of GFI1 upregulated the expression of FOXO1 and C-MYC measured at RNA and protein levels, hinting that metabolic regulation of GFI1 is FOXO1 and C-MYC dependent. These metabolic findings intrigued us to investigate the effect of Metformin, a well established anti-diabetic drug targeting mitochondrial function. We found that in-vitro metformin treatment effectively targeted GFI1-KD murine leukemic cells co-expressing MLL-AF9 while sparing the nonleukemic lineage depleted cell. Metformin treatment enhanced the rate of glycolysis in MLL-AF9 induced GFI1 KD leukemic cells, as evaluated by enhanced glucose consumption and lactate secretion. Combining Metformin with a glycolysis inhibitor, Lonidamine improved the efficacy of metformin treatment in GFI1 KD leukemic cells expressing an MLL-AF9 oncofusion gene. Additionally, GFI1 KD leukemic cells harbouring an MLL-AF9 oncofusion gene, Metformin improved the effectiveness of the conventional treatment regimen of cytarabine.
Thus, the data provided the rationale to further exploit metabolic vulnerabilities in AML patients differentially expressing GFI1 using an in-toxic, well-established drug to potentially eradicate leukemic cells. However, more in-vivo experimentation with metformin administration is required.
Growth factor independence 1 (GFI1) ist ein hämatopoetischer Transkriptionsrepressor, welcher eine Rolle bei der Selbsterneuerung sowie der Differenzierung gesunder hämatopoetischer Stammzellen (HSCs) und akuter myeloischer Leukämie (AML) spielt. Wir haben bereits gezeigt, dass eine geringe GFI1-Expression in AML-Patienten mit einer schlechten Prognose und einer geringeren Überlebensrate assoziert ist.
In der vorliegenden Studie wurde die Funktion von GFI1 innerhalb des Metabolismus untersucht. Außerdem wurde analysiert, in welchem Zusammenhang veränderte GFI1-Expressionen mit metabolischen Veränderungen, die mit dem Fortschreiten der AML assoziiert sind, stehen. Wir konnten zeigen, dass GFI1 die zelluläre Differenzierung und den Metabolismus in einer dosisabhängigen Weise reguliert. Eine erhöhte Expression von GFI1 verringerte die Proliferation und erhöhte die Differenzierung von humanen leukämischen Zelllinien. Eine verringerte GFI1-Expression hingegen erhöhte die Proliferation und die Fähigkeit zur Koloniebildung. Außerdem hatte das Expressionsniveau von GFI1 einen Einfluss auf zwei wichtige Stoffwechselwege, die Glykolyse und die oxidative Phosphorylierung (OXPHOS). Wir konnten zeigen, dass eine erhöhte GFI1-Expression in humanen leukämischen Zelllinien die Glykolyse dereguliert. Dahingegen führte eine niedrige Expression von GFI1 in primären murinen leukämischen und nicht leukämischen Zellen zu einer Erhöhung der OXPHOS.
Die erhöhte OXPHOS konnte in humanen leukämischen Zelllinien mit niedriger GFI1-Expression bestätigt werden. Somit konnte gezeigt werden, dass Zellen mit niedriger GFI1-Expression vermehrt von der oxidativen Phosphorylierung abhängig sind. Des Weiteren ging die detektierte erhöhte OXPHOS in Zellen mit niedriger GFI1-Expression mit einem erhöhten Glutamin-Stoffwechsel und einer reduzierten Fettsäure-Oxidation einher. Auf molekularer Ebene führte eine niedrige GFI1-Expression sowohl zu einer erhöhten Geneexpression von FOXO1 und C-MYC als auch zu erhöhten FOXO1 und C-MYC Proteinleveln. Diese deutet darauf hin, dass die dosisabhängige Rolle von GFI1 beim Metabolismus durch FOXO1 und C-MYC reguliert wird. Growth factor independence 1 (GFI1) ist ein hämatopoetischer Transkriptionsrepressor, welcher eine Rolle bei der Selbsterneuerung sowie der Differenzierung gesunder hämatopoetischer Stammzellen (HSCs) und akuter myeloischer Leukämie (AML) spielt. Wir haben bereits gezeigt, dass eine geringe GFI1-Expression in AML-Patienten mit einer schlechten Prognose und einer veringeren Überlebensrate assoziert ist.
In der vorliegenden Studie wurde die Funktion von GFI1 innerhalb des Metabolismus untersucht. Außerdem wurde analysiert, in welchem Zusammenhang veränderte GFI1-Expressionen mit metabolischen Veränderungen, die mit dem Fortschreiten der AML assoziiert sind, stehen.
Wir konnten zeigen, dass GFI1 die zelluläre Differenzierung und den Metabolismus in einer dosisabhängigen Weise reguliert. Eine erhöhte Expression von GFI1 verringerte die Proliferation und erhöhte die Differenzierung von humanen leukämischen Zelllinien. Eine verringerte GFI1-Expression hingegen erhöhte die Proliferation und die Fähigkeit zur Koloniebildung. Außerdem hatte das Expressionsniveau von GFI1 einen Einfluss auf zwei wichtige Stoffwechselwege, die Glykolyse und die oxidative Phosphorylierung (OXPHOS). Wir konnten zeigen, dass eine erhöhte GFI1-Expression in humanen leukämischen Zelllinien die Glykolyse dereguliert.
Dahingegen führte eine niedrige Expression von GFI1 in primären murinen leukämischen und nicht leukämischen Zellen zu einer Erhöhung der OXPHOS. Die erhöhte OXPHOS konnte in humanen leukämischen Zelllinien mit niedriger GFI1-Expression bestätigt werden. Somit konnte gezeigt werden, dass Zellen mit niedriger GFI1-Expression vermehrt von der oxidativen Phosphorylierung abhängig sind. Des Weiteren ging die detektierte erhöhte OXPHOS in Zellen mit niedriger GFI1-Expression mit einem erhöhten Glutamin-Stoffwechsel und einer reduzierten Fettsäure-Oxidation einher. Auf molekularer Ebene führte eine niedrige GFI1-Expression sowohl zu einer erhöhten Geneexpression von FOXO1 und C-MYC als auch zu erhöhten FOXO1 und C-MYC Proteinleveln. Diese deutet darauf hin, dass die dosisabhängige Rolle von GFI1 beim Metabolismus durch FOXO1 und C-MYC reguliert wird. Growth factor independence 1 (GFI1) ist ein hämatopoetischer Transkriptionsrepressor, welcher eine Rolle bei der Selbsterneuerung sowie der Differenzierung gesunder hämatopoetischer Stammzellen (HSCs) und akuter myeloischer Leukämie (AML) spielt. Wir haben bereits gezeigt, dass eine geringe GFI1-Expression in AML-Patienten mit einer schlechten Prognose und einer geringeren Überlebensrate assoziert ist.
In der vorliegenden Studie wurde die Funktion von GFI1 innerhalb des Metabolismus untersucht. Außerdem wurde analysiert, in welchem Zusammenhang veränderte GFI1-Expressionen mit metabolischen Veränderungen, die mit dem Fortschreiten der AML assoziiert sind, stehen. Wir konnten zeigen, dass GFI1 die zelluläre Differenzierung und den Metabolismus in einer dosisabhängigen Weise reguliert. Eine erhöhte Expression von GFI1 verringerte die Proliferation und erhöhte die Differenzierung von humanen leukämischen Zelllinien. Eine verringerte GFI1-Expression hingegen erhöhte die Proliferation und die Fähigkeit zur Koloniebildung. Außerdem hatte das Expressionsniveau von GFI1 einen Einfluss auf zwei wichtige Stoffwechselwege, die Glykolyse und die oxidative Phosphorylierung (OXPHOS). Wir konnten zeigen, dass eine erhöhte GFI1-Expression in humanen leukämischen Zelllinien die Glykolyse dereguliert. Dahingegen führte eine niedrige Expression von GFI1 in primären murinen leukämischen und nicht leukämischen Zellen zu einer Erhöhung der OXPHOS.Die erhöhte OXPHOS konnte in humanen leukämischen Zelllinien mit niedriger GFI1-Expression bestätigt werden. Somit konnte gezeigt werden, dass Zellen mit niedriger GFI1-Expression vermehrt von der oxidativen Phosphorylierung abhängig sind. Des Weiteren ging die detektierte erhöhte OXPHOS in Zellen mit niedriger GFI1-Expression mit einem erhöhten Glutamin-Stoffwechsel und einer reduzierten Fettsäure-Oxidation einher. Auf molekularer Ebene führte eine niedrige GFI1-Expression sowohl zu einer erhöhten Geneexpression von FOXO1 und C-MYC als auch zu erhöhten FOXO1 und C-MYC Proteinleveln. Diese deutet darauf hin, dass die dosisabhängige Rolle von GFI1 beim Metabolismus durch FOXO1 und C-MYC reguliert wird. Im nächsten Schritt wurde die Wirkung von Metformin auf hämatopoetische Zellen mit unterschiedlicher GFI1-Expression untersucht. Metformin ist ein etabliertes Antidiabetikum, das die mitochondriale Funktion verändert. Wir konnten zeigen, dass die Behandlung einen negativen Effekt auf murine leukämische (MLL-AF9) Zellen mit geringer GFI1-Expression hatte, während Metformin keinen Effekt auf nicht leukämische Zellen hatte. Die Behandlung mit Metformin steigerte die Glykolyse in leukämischen GFI1-KD-MLL-AF9-Zellen , was sich in einem erhöhten Glukoseverbrauch und einer erhöhten Laktatsekretion äußerte. Die Kombination von Metformin mit einem GlykolyseInhibitor, Lonidamin, verbesserte die Wirksamkeit der Metformin-Behandlung in leukämischen GFI1-KD-MLL-AF9-Zellen zusätzlich. Darüber hinaus verbesserte Metformin ebenfalls die Wirksamkeit des Standard-Chemotherapeutikums Cytarabin auf leukämische GFI1-KD-MLL-AF9-Zellen. Die vorliegende Studie liefert somit Hinweise, dass AML-Patienten, mit veränderter GFI1-Expression von der Behandlung mit Metformin, einem Medikament welches gut verträglich und in der Klinik etabliert ist, profitieren könnten. Allerdings sind zusätzliche in-vivo Experimente vonnöten, um die Metformin-Behandlung weiter zu untersuchen.