Integration of CRISPR-Cas9 screens and multi-omics profiling reveals chromodomain helicase DNA binding protein 7-angiopoietin-1 as a novel multidrug resistance axis in acute myeloid leukemia

Abstract

Acute myeloid leukemia (AML) is a devastating hematological malignancy and one of the most prevalent forms of leukemia in adults. Despite recent advancements and approval of novel targeted therapies, drug resistance remains a formidable clinical challenge. In this study, we conducted an unbiased CRISPR-Cas9 knockout screen in AML cells to uncover novel mediators of resistance to the clinically approved FLT3 inhibitor gilteritinib. This screen identified chromodomain helicase DNA binding protein 7 (CHD7) as a new regulator of drug resistance. Strikingly, CHD7 loss not only conferred resistance to FLT3 inhibitors but also extended resistance to a broad range of therapeutics, including venetoclax and daunorubicin (DNR). Mechanistic investigations integrating transcriptomic and proteomic data revealed that CHD7 deletion upregulates angiopoietin-1 (ANGPT1), which drives resistance by activating the PI3K/AKT and MAPK/ERK signaling pathways. Significantly, genetic knockdown of ANGPT1 or pharmacological inhibition of its receptor TIE2 partially restored drug sensitivity in CHD7-deficient cells. Together, these findings identify the CHD7-ANGPT1 axis as a novel mechanism of multi-drug resistance in AML. Preclinical studies further suggest that combining targeted therapies with TIE2 inhibitors offers a promising strategy to overcome drug resistance in AML.

Keywords

acute myeloid leukemia / ANGPT1 / CHD7 / drug resistance / gilteritinib / multi-omics / venetoclax

References

[1] H. Dohner, D. J. Weisdorf, C. D. Bloomfield, N. Engl. J. Med. 2015, 373, 1136.

[2] E. Papaemmanuil, M. Gerstung, L. Bullinger, V. I. Gaidzik, P. Paschka, N. D. Roberts, N. E. Potter, M. Heuser, F. Thol, N. Bolli, G. Gundem, P. Van Loo, I. Martincorena, P. Ganly, L. Mudie, S. McLaren, S. O'Meara, K. Raine, D. R. Jones, J. W. Teague, A. P. Butler, M. F. Greaves, A. Ganser, K. Dohner, R. F. Schlenk, H. Dohner, P. J. Campbell, N. Engl. J. Med. 2016, 374, 2209.

[3] M. Yi, A. Li, L. Zhou, Q. Chu, Y. Song, K. Wu, J. Hematol. Oncol. 2020, 13, 72.

[4] Y. Zou, H. Zhang, H. Hu, MedComm – Oncology 2023, 2, e47.

[5] F. Ferrara, C. A. Schiffer, Lancet 2013, 381, 484.

[6] H. Liu, J. Hematol. Oncol. 2021, 14, 49.

[7] M. Levis, D. Small, Leukemia 2003, 17, 1738.

[8] T. Grob, M. A. Sanders, C. M. Vonk, F. G. Kavelaars, M. Rijken, D. W. Hanekamp, P. L. Gradowska, J. Cloos, Y. Fløisand, M. van Marwijk Kooy, M. G. Manz, G. J. Ossenkoppele, L. W. Tick, V. Havelange, B. Löwenberg, M. Jongen-Lavrencic, P. J. M. Valk, J. Clin. Oncol. 2023, 41, 756.

[9] N. Daver, R. F. Schlenk, N. H. Russell, M. J. Levis, Leukemia 2019, 33, 299.

[10] C. M. McMahon, T. Ferng, J. Canaani, E. S. Wang, J. J. D. Morrissette, D. J. Eastburn, M. Pellegrino, R. Durruthy-Durruthy, C. D. Watt, S. Asthana, E. A. Lasater, R. DeFilippis, C. A. C. Peretz, L. H. F. McGary, S. Deihimi, A. C. Logan, S. M. Luger, N. P. Shah, M. Carroll, C. C. Smith, A. E. Perl, Cancer Discov. 2019, 9, 1050.

[11] M. Levis, A. E. Perl, Blood Adv. 2020, 4, 1178.

[12] S. Kayser, M. J. Levis, Br. J. Haematol. 2022, 196, 316.

[13] A. E. Perl, G. Martinelli, J. E. Cortes, A. Neubauer, E. Berman, S. Paolini, P. Montesinos, M. R. Baer, R. A. Larson, C. Ustun, F. Fabbiano, H. P. Erba, A. Di Stasi, R. Stuart, R. Olin, M. Kasner, F. Ciceri, W. C. Chou, N. Podoltsev, C. Recher, H. Yokoyama, N. Hosono, S. S. Yoon, J. H. Lee, T. Pardee, A. T. Fathi, C. Liu, N. Hasabou, X. Liu, E. Bahceci, M. J. Levis, N. Engl. J. Med. 2019, 381, 1728.

[14] J. C. Zhao, S. Agarwal, H. Ahmad, K. Amin, J. P. Bewersdorf, A. M. Zeidan, Blood Rev. 2022, 52, 100905.

[15] S. Pei, D. A. Pollyea, A. Gustafson, B. M. Stevens, M. Minhajuddin, R. Fu, K. A. Riemondy, A. E. Gillen, R. M. Sheridan, J. Kim, J. C. Costello, M. L. Amaya, A. Inguva, A. Winters, H. Ye, A. Krug, C. L. Jones, B. Adane, N. Khan, J. Ponder, J. Schowinsky, D. Abbott, A. Hammes, J. R. Myers, J. M. Ashton, T. Nemkov, A. D'Alessandro, J. A. Gutman, H. E. Ramsey, M. R. Savona, C. A. Smith, C. T. Jordan, Cancer Discov. 2020, 10, 536.

[16] S. Vasu, J. Kohlschmidt, K. Mrozek, A. K. Eisfeld, D. Nicolet, L. J. Sterling, H. Becker, K. H. Metzeler, D. Papaioannou, B. L. Powell, J. E. Kolitz, J. O. Moore, M. R. Baer, G. J. Roboz, R. M. Stone, J. C. Byrd, A. J. Carroll, C. D. Bloomfield, Blood Adv. 2018, 2, 1645.

[17] K. Sasaki, F. Ravandi, T. M. Kadia, C. D. DiNardo, N. J. Short, G. Borthakur, E. Jabbour, H. M. Kantarjian, Cancer 2021, 127, 2049.

[18] S. K. Joshi, T. Nechiporuk, D. Bottomly, P. D. Piehowski, J. A. Reisz, J. Pittsenbarger, A. Kaempf, S. J. C. Gosline, Y. T. Wang, J. R. Hansen, M. A. Gritsenko, C. Hutchinson, K. K. Weitz, J. Moon, F. Cendali, T. L. Fillmore, C. F. Tsai, A. A. Schepmoes, T. Shi, O. A. Arshad, J. E. McDermott, O. Babur, K. Watanabe-Smith, E. Demir, A. D'Alessandro, T. Liu, C. E. Tognon, J. W. Tyner, S. K. McWeeney, K. D. Rodland, B. J. Druker, E. Traer, Cancer Cell 2021, 39, 999.

[19] M. Eguchi, Y. Minami, A. Kuzume, S. Chi, Biomedicines 2020, 8, 245.

[20] M. Ruglioni, S. Crucitta, G. I. Luculli, G. Tancredi, M. L. Del Giudice, S. Mechelli, S. Galimberti, R. Danesi, M. Del Re, Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2024, 201, 104424.

[21] S. Garciaz, M. A. Hospital, Y. Collette, N. Vey, Cancers 2024, 16, 1091.

[22] G. P. Sullivan, L. Flanagan, D. A. Rodrigues, T. Ni Chonghaile, Sci. Transl. Med. 2022, 14, eabo6891.

[23] Q. Zhang, B. Riley-Gillis, L. Han, Y. Jia, A. Lodi, H. Zhang, S. Ganesan, R. Pan, S. N. Konoplev, S. R. Sweeney, J. A. Ryan, Y. Jitkova, K. Dunner, Jr., S. E. Grosskurth, P. Vijay, S. Ghosh, C. Lu, W. Ma, S. Kurtz, V. R. Ruvolo, H. Ma, C. C. Weng, C. L. Ramage, N. Baran, C. Shi, T. Cai, R. E. Davis, V. L. Battula, Y. Mi, J. Wang, C. D. DiNardo, M. Andreeff, J. W. Tyner, A. Schimmer, A. Letai, R. A. Padua, C. E. Bueso-Ramos, S. Tiziani, J. Leverson, R. Popovic, M. Konopleva, Signal Transduct Target Ther. 2022, 7, 51.

[24] J. Hsu, H. T. Huang, C. T. Lee, A. Choudhuri, N. K. Wilson, B. J. Abraham, V. Moignard, I. Kucinski, S. Yu, R. K. Hyde, J. Tober, X. Cai, Y. Li, Y. Guo, S. Yang, M. Superdock, E. Trompouki, F. J. Calero-Nieto, A. Ghamari, J. Jiang, P. Gao, L. Gao, V. Nguyen, A. L. Robertson, E. M. Durand, K. L. Kathrein, I. Aifantis, S. A. Gerber, W. Tong, K. Tan, A. B. Cantor, Y. Zhou, P. P. Liu, R. A. Young, B. Gottgens, N. A. Speck, L. I. Zon, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2020, 117, 23626.

[25] K. Kissa, P. Herbomel, Nature 2010, 464, 112.

[26] A. D. Yzaguirre, E. D. Howell, Y. Li, Z. Liu, N. A. Speck, Development 2018, 145, dev158162.

[27] G. Canu, C. Ruhrberg, Angiogenesis 2021, 24, 199.

[28] T. Zhen, E. M. Kwon, L. Zhao, J. Hsu, R. K. Hyde, Y. Lu, L. Alemu, N. A. Speck, P. P. Liu, Blood 2017, 130, 2431.

[29] Y. Tao, Q. Zhang, S. Long, X. Li, J. Chen, X. Li, Sci. Total Environ. 2022, 829, 154592.

[30] M. Lu, N. Ding, S. Zhuang, Y. Li, Mol. Cell. Biochem. 2020, 469, 9.

[31] L. E. Colbert, A. V. Petrova, S. B. Fisher, B. G. Pantazides, M. Z. Madden, C. W. Hardy, M. D. Warren, Y. Pan, G. P. Nagaraju, E. A. Liu, B. Saka, W. A. Hall, J. W. Shelton, K. Gandhi, R. Pauly, J. Kowalski, D. A. Kooby, B. F. El-Rayes, C. A. Staley,, N. V. Adsay, W. J. Curran, J. C. Landry, S. K. Maithel, D. S. Yu, Cancer Res. 2014, 74, 2677.

[32] Z. Zhang, D. Huang, J. Feng, W. Li, Z. Wang, M. Lu, Y. Luo, W. Yang, Z. Xu, Q. Xie, W. Ding, X. Tan, W. He, G. Li, H. Liu, S. Lei, Interdiscip. Med. 2024, 2, e20230062.

[33] C. M. McMahon, A. E. Perl, Expet Rev. Clin. Pharmacol. 2019, 12, 841.

[34] K. Shimada, J. A. Bachman, J. L. Muhlich, T. J. Mitchison, eLife 2021, 10, e57116.

[35] W. Li, H. Xu, T. Xiao, L. Cong, M. I. Love, F. Zhang, R. A. Irizarry, J. S. Liu, M. Brown, X. S. Liu, Genome Biol. 2014, 15, 554.

[36] A. Honda, J. Koya, A. Yoshimi, M. Miyauchi, K. Taoka, K. Kataoka, S. Arai, M. Kurokawa, Exp. Hematol. 2021, 101-102, 42.

[37] X. Lin, H. Chen, Y. Xie, X. Zhou, Y. Wang, J. Zhou, S. Long, Z. Hu, S. Zhang, W. Qiu, Z. Zeng, L. Liu, Transl. Oncol. 2022, 15, 101298.

[38] Z. Zhang, C. Zhou, X. Li, S. D. Barnes, S. Deng, E. Hoover, C. C. Chen, Y. S. Lee, Y. Zhang, C. Wang, L. A. Metang, C. Wu, C. R. Tirado, N. A. Johnson, J. Wongvipat, K. Navrazhina, Z. Cao, D. Choi, C. H. Huang, E. Linton, X. Chen, Y. Liang, C. E. Mason, E. de Stanchina, W. Abida, A. Lujambio, S. Li, S. W. Lowe, J. T. Mendell, V. S. Malladi, C. L. Sawyers, P. Mu, Cancer Cell 2020, 37, 584.

[39] A. Galanis, H. Ma, T. Rajkhowa, A. Ramachandran, D. Small, J. Cortes, M. Levis, Blood 2014, 123, 94.

[40] P. P. Zarrinkar, R. N. Gunawardane, M. D. Cramer, M. F. Gardner, D. Brigham, B. Belli, M. W. Karaman, K. W. Pratz, G. Pallares, Q. Chao, K. G. Sprankle, H. K. Patel, M. Levis, R. C. Armstrong, J. James, S. S. Bhagwat, Blood 2009, 114, 2984.

[41] C. D. DiNardo, K. Pratz, V. Pullarkat, B. A. Jonas, M. Arellano, P. S. Becker, O. Frankfurt, M. Konopleva, A. H. Wei, H. M. Kantarjian, T. Xu, W. J. Hong, B. Chyla, J. Potluri, D. A. Pollyea, A. Letai, Blood 2019, 133, 7.

[42] D. A. Pollyea, K. Pratz, A. Letai, B. A. Jonas, A. H. Wei, V. Pullarkat, M. Konopleva, M. J. Thirman, M. Arellano, P. S. Becker, B. Chyla, W. J. Hong, Q. Jiang, J. Potluri, C. D. DiNardo, Am. J. Hematol. 2021, 96, 208.

[43] C. D. DiNardo, K. W. Pratz, A. Letai, B. A. Jonas, A. H. Wei, M. Thirman, M. Arellano, M. G. Frattini, H. Kantarjian, R. Popovic, B. Chyla, T. Xu, M. Dunbar, S. K. Agarwal, R. Humerickhouse, M. Mabry, J. Potluri, M. Konopleva, D. A. Pollyea, Lancet Oncol. 2018, 19, 216.

[44] H. A. Blair, Drugs 2018, 78, 1903.

[45] D. A. Pollyea, J. Natl. Compr. Cancer Netw. 2019, 17, 1441.

[46] S. Fukuhara, K. Sako, K. Noda, K. Nagao, K. Miura, N. Mochizuki, Exp. and Mol. Med. 2009, 41, 133.

[47] S. Fukuhara, K. Sako, T. Minami, K. Noda, H. Z. Kim, T. Kodama, M. Shibuya, N. Takakura, G. Y. Koh, N. Mochizuki, Nat. Cell Biol. 2008, 10, 513.

[48] F. K. Hsieh, F. Ji, M. Damle, R. I. Sadreyev, R. E. Kingston, Life Sci. Alliance 2022, 5, e202101127.

[49] M. Chai, T. Sanosaka, H. Okuno, Z. Zhou, I. Koya, S. Banno, T. Andoh-Noda, Y. Tabata, R. Shimamura, T. Hayashi, M. Ebisawa, Y. Sasagawa, I. Nikaido, H. Okano, J. Kohyama, Genes Dev. 2018, 32, 165.

[50] A. Sethi, M. Gu, E. Gumusgoz, L. Chan, K. K. Yan, J. Rozowsky, I. Barozzi, V. Afzal, J. A. Akiyama, I. Plajzer-Frick, C. Yan, C. S. Novak, M. Kato, T. H. Garvin, Q. Pham, A. Harrington, B. J. Mannion, E. A. Lee, Y. Fukuda-Yuzawa, A. Visel, D. E. Dickel, K. Y. Yip, R. Sutton, L. A. Pennacchio, M. Gerstein, Nat. Methods 2020, 17, 807.

[51] M. Semones, Y. Feng, N. Johnson, J. L. Adams, J. Winkler, M. Hansbury, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2007, 17, 4756.

[52] R. S. Bhansali, K. W. Pratz, C. Lai, J. Hematol. Oncol. 2023, 16, 29.

[53] F. Thol, H. Dohner, A. Ganser, Blood 2024, 143, 11.

[54] E. Peroni, M. L. Randi, A. Rosato, S. Cagnin, J. Exp. Clin. Cancer Res. 2023, 42, 259.

[55] K. Tzelepis, H. Koike-Yusa, E. De Braekeleer, Y. Li, E. Metzakopian, O. M. Dovey, A. Mupo, V. Grinkevich, M. Li, M. Mazan, M. Gozdecka, S. Ohnishi, J. Cooper, M. Patel, T. McKerrell, B. Chen, A. F. Domingues, P. Gallipoli, S. Teichmann, H. Ponstingl, U. McDermott, J. Saez-Rodriguez, B. J. P. Huntly, F. Iorio, C. Pina, G. S. Vassiliou, K. Yusa, Cell Rep. 2016, 17, 1193.

[56] F. T. Basheer, G. S. Vassiliou, Curr. Opin. Genet. Dev. 2019, 54, 83.

[57] A. K. Jaiswal, H. Truong, T. M. Tran, T. L. Lin, D. Casero, M. O. Alberti, D. S. Rao, Sci. Rep. 2021, 11, 13158.

[58] Y. Wang, X. Ma, T. Zhang, L. Wang, Y. Liu, G. Zhou, H. Wu, Interdiscip. Med. 2025, 3, e20240043.

[59] M. P. Schnetz, L. Handoko, B. Akhtar-Zaidi, C. F. Bartels, C. F. Pereira, A. G. Fisher, D. J. Adams, P. Flicek, G. E. Crawford, T. Laframboise, P. Tesar, C. L. Wei, P. C. Scacheri, PLoS Genet. 2010, 6, e1001023.

[60] J. Gao, J. M. Skidmore, J. Cimerman, K. E. Ritter, J. Qiu, L. M. Q. Wilson, Y. Raphael, K. Y. Kwan, D. M. Martin, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2024, 121, e2311720121.

[61] M. B. Rother, S. Pellegrino, R. Smith, M. Gatti, C. Meisenberg, W. W. Wiegant, M. S. Luijsterburg, R. Imhof, J. A. Downs, A. C. O. Vertegaal, S. Huet, M. Altmeyer, H. van Attikum, Nat. Commun. 2020, 11, 5775.

[62] L. E. Vissers, C. M. van Ravenswaaij, R. Admiraal, J. A. Hurst, B. B. de Vries, I. M. Janssen, W. A. van der Vliet, E. H. Huys, P. J. de Jong, B. C. Hamel, E. F. Schoenmakers, H. G. Brunner, J. A. Veltman, A. G. van Kessel, Nat. Genet. 2004, 36, 955.

[63] S. Badodi, A. Dubuc, X. Zhang, G. Rosser, M. Da Cunha Jaeger, M. M. Kameda-Smith, A. S. Morrissy, P. Guilhamon, P. Suetterlin, X. N. Li, L. Guglielmi, A. Merve, H. Farooq, M. Lupien, S. K. Singh, M. A. Basson, M. D. Taylor, S. Marino, Cell Rep. 2017, 21, 2772.

[64] X. Chu, X. Guo, Y. Jiang, H. Yu, L. Liu, W. Shan, Z. Q. Yang, Mol. Oncol. 2017, 11, 1348.

[65] S. Darici, H. Alkhaldi, G. Horne, H. G. Jørgensen, S. Marmiroli, X. Huang, J. Clin. Med. 2020, 9, 2934.

[66] I. Nepstad, K. J. Hatfield, I. S. Grønningsæter, H. Reikvam, Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 2907.

[67] S. Park, N. Chapuis, J. Tamburini, V. Bardet, P. Cornillet-Lefebvre, L. Willems, A. Green, P. Mayeux, C. Lacombe, D. Bouscary, Haematologica 2010, 95, 819.

[68] A. Li, J.-H. Fang, Interdiscip. Med. 2024, 2, e20230025.

[69] N. M. Stephen, U. R. Deepika, T. Maradagi, T. Sugawara, T. Hirata, P. Ganesan, MedComm – Oncology 2023, 2, e22.

[70] Y. M. Ikushima, F. Arai, Y. Nakamura, K. Hosokawa, Y. Kubota, M. Hirashima, H. Toyama, T. Suda, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2013, 430, 20.

[71] L. Bachegowda, K. Morrone, S. L. Winski, I. Mantzaris, M. Bartenstein, N. Ramachandra, O. Giricz, V. Sukrithan, G. Nwankwo, S. Shahnaz, T. Bhagat, S. Bhattacharyya, A. Assal, A. Shastri, S. Gordon-Mitchell, A. Pellagatti, J. Boultwood, C. Schinke, Y. Yu, C. Guha, J. Rizzi, J. Garrus, S. Brown, L. Wollenberg, G. Hogeland, D. Wright, M. Munson, M. Rodriguez, S. Gross, D. Chantry, Y. Zou, L. Platanias, L. E. Burgess, K. Pradhan, U. Steidl, A. Verma, Cancer Res. 2016, 76, 4841.

[72] D. Ma, P. Liu, C. Hu, Z. Zhou, P. Wang, Y. Wang, Y. Zhang, Y. Ran, P. Li, J. Zhao, J. Wang, C. Zhang, L. Tang, Oncogene 2023, 42, 124.

[73] A. C. Dalton, T. Shlamkovitch, N. Papo, W. A. Barton, PLoS One 2016, 11, e0163732.

[74] Z. S. Zhang, A. Yang, X. Luo, H. N. Zhou, Y. Y. Liu, D. Q. Bao, J. Zhang, J. T. Zang, Q. H. Li, T. Li, L. M. Liu, Stem Cell Res. Ther. 2025, 16, 70.

[75] H. Huang, A. Bhat, G. Woodnutt, R. Lappe, Nat. Rev. Cancer 2010, 10, 575.

[76] J. D. Anampa, D. L. Flynn, C. Leary, S. Oh, X. Xue, M. H. Oktay, J. S. Condeelis, J. A. Sparano, Clin. Cancer Res. 2025, 31, 266.

[77] K. P. Papadopoulos, R. K. Kelley, A. W. Tolcher, A. R. Razak, K. Van Loon, A. Patnaik, P. L. Bedard, A. A. Alfaro, M. Beeram, L. Adriaens, C. M. Brownstein, I. Lowy, A. Kostic, P. A. Trail, B. Gao, A. T. DiCioccio, L. L. Siu, Clin. Cancer Res. 2016, 22, 1348.

[78] K. Y. Kim, B. J. Kim, G. S. Yi, BMC Bioinf. 2004, 5, 160.

[79] S. Wang, W. Li, L. Hu, J. Cheng, H. Yang, Y. Liu, Nucleic Acids Res. 2020, 48, e83.

RIGHTS & PERMISSIONS

2025 The Author(s). Interdisciplinary Medicine published by Wiley-VCH GmbH on behalf of Nanfang Hospital, Southern Medical University.