FB1, an E2A fusion partner in childhood leukemia, interacts with U19/EAF2 and inhibits its transcriptional activity

Background: U19/EAF2 is a potential tumor suppressor exhibiting frequent down-regulation and allelic loss in advanced human prostate cancer specimens. U 19/EAF2 has also been identified as ELL-associated factor 2 (EAF2) based on its binding to ELL, a fusion partner of MLL in acute myeloid leukemia. U19/EAF2 is a putative transcription factor with a transactivation domain and capability of sequence-specific DNA binding. Methods: Yeast-two-hybrid-screening was used to identify U19/EAF2-binding partners. Co-immunoprecipitation and mammalian 1-hybrid assay were used to characterize a U19/EAF2-binding partner. Results: FB1, an E2A fusion partner in childhood leukemia, was identified as a binding-partner of U19/EAF2. FB1 also binds to EAF1, the only homologue of U19/EAF2. FB1 also interacts and co-localizes with ELL in the nucleus. Interestingly, FB1 inhibited the transcriptional activity of U19/EAF2 but not EAF1. Conclusions: FB1 is an important binding partner and a functional regulator of U19/EAF2, EAF1, and/or ELL. (c) 2007 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Elucidation of the interactions between the transcription factor E2A and the transcriptional co-activator CBP/p300

E2A is a transcription factor that plays a particularly critical role in lymphopoiesis. The chromosomal translocation 1;19, disrupts the E2A gene and results in the expression of the fusion oncoprotein E2A-PBX1, which is implicated in acute lymphoblastic leukemia. Both E2A and E2A-PBX1 contain two activation domains, AD1 and AD2, which comprise conserved ΦxxΦΦ motifs where Φ denotes a hydrophobic amino acid. These domains function to recruit transcriptional co-activators and repressors, including the histone acetyl transferase CREB binding protein (CBP) and its paralog p300. The PCET motif within E2A AD1 interacts with the KIX domain of CBP/p300, the disruption of which abrogates the transcriptional activation by E2A and the transformative properties of E2A-PBX1. The generation of a peptide-based inhibitor targeting the PCET:KIX interaction would serve useful in further assessing the role of E2A and E2A-PBX1 in lymphopoiesis and leukemogenesis. An interaction between E2A AD2 and the KIX domain has also been recently identified, and the TAZ domains of CBP/p300 have been shown to interact with several transcription factors that contain ΦxxΦΦ motifs. Thus the design of an inhibitor of the E2A:CBP/p300 interaction requires the full complement of interactions between E2A and the various domains of CBP/p300 to be elucidated. Here, we have used nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy to determine that AD2 interacts with KIX at the same site as PCET, which indicates that the E2A:KIX interaction can be disrupted by targeting a single binding site. Using an iterative synthetic peptide microarray approach, a peptide with the sequence DKELQDLLDFSLQY was derived from PCET to interact with KIX with higher affinity than the wild type sequence. This peptide now serves as a lead molecule for further development as an inhibitor of the E2A:CBP/p300 interaction. Fluorescence anisotropy, peptide microarray technology, and isothermal titration calorimetry were employed to characterize interactions between both TAZ domains of CBP/p300 and the PCET motif and AD2 of E2A. Alanine substitution of residues within PCET demonstrated that the ΦxxΦΦ motif is a key mediator of these interactions, analogous to the PCET:KIX interaction. These findings now inform future work to establish possible physiological roles for the E2A:TAZ1 and E2A:TAZ2 interactions.

High incidence of proviral integrations in the Hoxa locus in a new model of E2a-PBX1-induced B-cell leukemia

Relevant mouse models of E2a-PBX1-induced pre-B cell leukemia are still elusive. We now report the generation of a pre-B leukemia model using E2a-PBX1 transgenic mice, which lack mature and precursor T-cells as a result of engineered loss of CD3epsilon expression (CD3epsilon(-/-)). Using insertional mutagenesis and inverse-PCR, we show that B-cell leukemia development in the E2a-PBX1 x CD3epsilon(-/-) compound transgenic animals is significantly accelerated when compared to control littermates, and document several known and novel integrations in these tumors. Of all common integration sites, a small region of 19 kb in the Hoxa gene locus, mostly between Hoxa6 and Hoxa10, represented 18% of all integrations in the E2a-PBX1 B-cell leukemia and was targeted in 86% of these leukemias compared to 17% in control tumors. Q-PCR assessment of expression levels for most Hoxa cluster genes in these tumors revealed an unprecedented impact of the proviral integrations on Hoxa gene expression, with tumors having one to seven different Hoxa genes overexpressed at levels up to 6600-fold above control values. Together our studies set the stage for modeling E2a-PBX1-induced B-cell leukemia and shed new light on the complexity pertaining to Hox gene regulation. In addition, our results show that the Hoxa gene cluster is preferentially targeted in E2a-PBX1-induced tumors, thus suggesting functional collaboration between these oncogenes in pre-B-cell tumors.

La collaboration entre l'oncogène E2A-PBX1 et Hoxa9 lors de l'induction de B-ALL implique l'activation de Flt3

La protéine de fusion E2A-PBX1 induit une leucémie lymphoblastique aigüe des cellules B pédiatrique chez l’humain. E2A-PBX1 possède de puissantes propriétés de trans-activation et peut se lier à l’ADN ainsi qu’aux protéines homéotiques (HOX) via des domaines conservés dans sa portion PBX1, ce qui suggère qu’une dérégulation des gènes cibles de HOX/PBX1 contribue à la leucémogénèse. Précédemment, Bijl et al. (2008) ont démontré que certains gènes Hox collaborent de manière oncogénique avec E2A-PBX1, et que ces interactions sont cellules-spécifiques et varient en fonction du gène Hox impliqué. Une mutagénèse d’insertion provirale suggère et supporte la collaboration des gènes Hoxa et E2A-PBX1 lors de la leucémogénèse des cellules B. La présence de ces interactions dans les cellules B et leur implication dans l’induction des B-ALL est pertinente pour la compréhension de la maladie humaine, et reste encore mal comprise. Notre étude démontre qu’Hoxa9 confère un avantage prolifératif aux cellules B E2A-PBX1. Des expériences de transplantation à l’aide de cellules B E2A-PBX1/Hoxa9 positives isolées de chimères de moelle osseuse démontrent qu’Hoxa9 collabore avec E2A-PBX1 en contribuant à la transformation oncogénique des cellules, et qu’Hoxa9 seul n’induit aucune transformation. Une analyse par Q-RT-PCR nous a permis de démontrer une forte inhibition de gènes spécifiques aux cellules B dans les leucémies co-exprimant Hoxa9 et E2A-PBX1, en plus d’une activation de Flt3, suggérant une inhibition de la différenciation des cellules B accompagnée d’une augmentation de la prolifération. De plus, la surexpression de Hoxa9 dans des cellules leucémiques de souris transgéniques E2A-PBX1, confère aussi un avantage prolifératif aux cellules in vitro, qui semblent être influencé par une augmentation de l’expression de Flt3 et Pdgfδ. En conclusion, nous démontrons pour la première fois à l’aide d’un modèle murin qu’Hoxa9 collabore avec E2A-PBX1 lors de la transformation oncogénique des cellules B et que la signalisation via Flt3 est impliquée, ce qui est potentiellement pertinent pour la maladie humaine.

Étude de la voie HOX-Flt3 dans les leucémies de type pré-B induites par E2A-Pbx1

Introduction: Notre laboratoire a précédemment établi que Hoxa9 accélérait l’apparition de leucémie de type B induite par E2A-PBX1. Une analyse par qRT-PCR a montré que les niveaux d’ARN de Flt3, une cible de Hoxa9, étaient 32 fois plus élevés dans les leucémies Hoxa9/E2A-PBX1 par rapport que dans les leucémies E2A-PBX1. Il est important de noter que l’expression aberrante de Flt3 est retrouvée dans les leucémies ALL de type B et les AML. De plus, l’activation constitutive de Flt3 est associée à un faible pronostic. Nous avons posé l’hypothèse que la maintenance/ré-initiation des leucémies de type pré-B induites par E2A-Pbx1 est associée à la présence du récepteur Flt3. Méthodes et Résultats: Premièrement, nous avons analysé par FACS la présence de Flt3 et mesuré l’expression de Flt3 par qRT-PCR des cellules E2A-PBX1 leucémiques pré-B. Nous avons montré que les cellules leucémiques E2A-PBX1 expriment l’ARNm du gène Flt3. Cependant, le récepteur n’était détectable à la surface cellulaire que dans des proportions variant de 0.3 à 28%. Deuxièmement, nous avons évalué le potentiel leucémique des fractions positive et négative pour Flt3. Toutes deux ont été capables de ré-initier la leucémie environ 20 jours après transplantation. Des analyses par FACS ont montré qu’une proportion de cellules leucémiques exprimaient Flt3, incluant même celles provenant de la fraction Flt3-. Troisièmement, une stratégie de perte de fonction de Flt3 par shARN a été mise en œuvre afin d’examiner le rôle de la voie de signalisation de Flt3 dans les cellules leucémiques E2A-PBX1. Pour ce faire, des cellules primaires leucémiques ont été infectées, soit par le shARN anti-Flt3 soit shARN contrôle, et transplantées dans des souris receveuses. Les cellules leucémiques contenant le shARN ont été capables de régénérer la leucémie. Cependant, une proportion des cellules exprimaient toujours Flt3, ce qui indique que l’efficacité des shARn n’était pas suffisante. Conclusion et Perspectives: Nos shARN ne sont pas suffisamment efficaces sur les cellules leucémiques choisies. De ce fait, nous proposons d’utiliser des cellules leucémiques moins agressives tout en réalisant le même set-up expérimental. Des transplantations dans des receveurs KO Flt3-/- seraient également requises afin de réellement étudier l’impact de la voie de signalisation Flt3 dans la ré-initiation leucémique.

Effet du stress prolifératif sur la fonction des cellules souches hématopoïétiques : rôles des gènes Scl, E2A et Heb

Le système hématopoïétique est un tissu en constant renouvellement et les cellules souches hématopoïétiques (CSHs) sont indispensables pour soutenir la production des cellules matures du sang. Deux fonctions définissent les CSHs; la propriété d’auto-renouvellement, soit la capacité de préserver l’identité cellulaire suivant une division, et la multipotence, le potentiel de différenciation permettant de générer toutes les lignées hématopoïétiques. Chez l’adulte, la majorité des CSHs sont quiescentes et l’altération de cet état corrèle avec une diminution du potentiel de reconstitution des CSHs, suggérant que la quiescence protège les fonctions des CSHs. La quiescence est un état réversible et dynamique et les réseaux génétiques le contrôlant restent peu connus. Un nombre croissant d’évidences suggère que si à l’état d’homéostasie il y a une certaine redondance entre les gènes impliqués dans ces réseaux de contrôle, leurs rôles spécifiques sont révélés en situation de stress. La famille des bHLHs (basic helix-loop-helix) inclue différentes classes des protéines dont ceux qui sont tissu-spécifiques comme SCL, et les protéines E, comme E12/E47 et HEB. Certains bHLHs sont proposés êtres important pour la fonction des cellules souches, mais cela ne fait pas l’unanimité, car selon le contexte cellulaire, il y a redondance entre ces facteurs. La question reste donc entière, y a-t-il un rôle redondant entre les bHLHs d’une même classe pour la fonction à long-terme des CSHs? Les travaux présentés dans cette thèse visaient dans un premier temps à explorer le lien encore mal compris entre la quiescence et la fonction des CSHs en mesurant leurs facultés suite à un stress prolifératif intense et dans un deuxième temps, investiguer l’importance et la spécificité de trois gènes pour la fonction des CSHs adultes, soit Scl/Tal1, E2a/Tcf3 et Heb/Tcf12. Pour répondre à ces questions, une approche cellulaire (stress prolifératif) a été combinée avec une approche génétique (invalidation génique). Plus précisément, la résistance des CSHs au stress prolifératif a été étudiée en utilisant deux tests fonctionnels quantitatifs optimisés, soit un traitement basé sur le 5-fluorouracil, une drogue de chimiothérapie, et la transplantation sérielle en nombre limite. Dans la mesure où la fonction d’un réseau génique ne peut être révélée que par une perturbation intrinsèque, trois modèles de souris, i.e. Scl+/-, E2a+/- et Heb+/- ont été utilisés. Ceci a permis de révéler que l’adaptation des CSHs au stress prolifératif et le retour à l’équilibre est strictement contrôlé par les niveaux de Scl, lesquels règlent le métabolisme cellulaire des CSHs en maintenant l’expression de gènes ribosomaux à un niveau basal. D’autre part, bien que les composantes du réseau puissent paraître redondants à l’équilibre, mes travaux montrent qu’en situation de stress prolifératif, les niveaux de Heb restreignent la prolifération excessive des CSHs en induisant la sénescence et que cette fonction ne peut pas être compensée par E2a. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse montrent que les CSHs peuvent tolérer un stress prolifératif intense ainsi que des dommages à l’ADN non-réparés, tout en maintenant leur capacité de reconstituer l’hématopoïèse à long-terme. Cela implique cependant que leur métabolisme revienne au niveau de base, soit celui trouvé à l’état d’homéostasie. Par contre, avec l’augmentation du nombre de division cellulaire les CSHs atteignent éventuellement une limite d’expansion et entrent en sénescence.

Meis1 and pKnox1 bind DNA cooperatively with Pbx1 utilizing an interaction surface disrupted in oncoprotein E2a-Pbx1

E2a-Pbx1 is a chimeric transcription factor oncoprotein produced by the t(1;19) translocation in human pre-B cell leukemia. Class I Hox proteins bind DNA cooperatively with both Pbx proteins and oncoprotein E2a-Pbx1, suggesting that leukemogenesis by E2a-Pbx1 and Hox proteins may alter transcription of cellular genes regulated by Pbx–Hox motifs. Likewise, in murine myeloid leukemia, transcriptional coactivation of Meis1 with HoxA7/A9 suggests that Meis1–HoxA7/9 heterodimers may evoke aberrant gene transcription. Here, we demonstrate that both Meis1 and its relative, pKnox1, dimerize with Pbx1 on the same TGATTGAC motif selected by dimers of Pbx proteins and unidentified partner(s) in nuclear extracts, including those from t(1;19) pre-B cells. Outside their homeodomains, Meis1 and pKnox1 were highly conserved only in two motifs required for cooperativity with Pbx1. Like the unidentified endogenous partner(s), both Meis1 and pKnox1 failed to dimerize significantly with E2a-Pbx1. The Meis1/pKnox1-interaction domain in Pbx1 resided predominantly in a conserved N-terminal Pbx domain deleted in E2a-Pbx1. Thus, the leukemic potential of E2a-Pbx1 may require abrogation of its interaction with members of the Meis and pKnox families of transcription factors, permitting selective targeting of genes regulated by Pbx–Hox complexes. In addition, because most motifs bound by Pbx–Meis1/pKnox1 were not bound by Pbx1–Hox complexes, the leukemic potential of Meis1 in myeloid leukemias may involve shifting Pbx proteins from promoters containing Pbx–Hox motifs to those containing Pbx–Meis motifs.

Nouveau rôle d'E2A et HEB dans la régulation du facteur de transcription hématopoiétique SCL

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Nouveau rôle d'E2A et HEB dans la régulation du facteur de transcription hématopoiétique SCL

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

四甲基乙撑桥联二环戊二烯基环戊二烯基稀土配合物的合成与表征

合成了四个甲基乙撑桥联二环戊二烯基环戊二烯基稀土四氢呋喃配合物,采用元素分析、红外光谱、核磁共板、热失重和质谱等方法对所得到配合物进行表征,并用X光衍射法测得Me_4C_2(C_5H_4)_2SmC_5H_3(THF)的晶体结构。该晶体属正交晶系C_(e2a)空间群,a=1.1696(6),b=1.2539(5),c=2.9432(15)nm;V=4.316(4)nm~3,z=8,D_c=1.54g·cm~(-3)。三个环戊二烯基Sm-C(η~5)距离分别为0.272(3),0.276(3),0.278(3)nm和Sm-O键长为0.253(1)nm。

Globin Gene Expression: Role of Transcription Factors

La dérégulation de l'expression génétique est une base pathophysiologique de plusieurs maladies. On a utilisé le locus du gène β-globine humain comme modèle pour élucider le mécanisme de régulation de la transcription génétique et évaluer son expression génétique durant l'érythropoïèse. La famille des protéines 'E' est composée de facteurs de transcription qui possèdent plusieurs sites de liaison au sein de locus du gène β-globine, suggérant leur rôle potentiel dans la régulation de l’expression de ces gènes. Nous avons montré que les facteurs HEB, E2A et ETO2 interagissent d’une manière significative avec la région contrôle du Locus (LCR) et avec les promoteurs des gènes de la famille β-globine. Le recrutement de ces facteurs au locus est modifié lors de l'érythropoïèse dans les cellules souches hematopoitiques et les cellules erythroides de souris transgéniques pour le locus de la β-globine humain, ainsi que dans les cellules progénitrices hématopoïétiques humaines. De plus par cette étude, nous démontrons pour la première fois que le gène β-globine humain est dans une chromatine active et qu’il interagit avec des facteurs de transcriptions de type suppresseurs dans les cellules progénitrices lymphoïdes (voie de différentiation alternative). Cette étude a aussi été faite dans des souris ayant une génétique mutante caractérisée par l'absence des facteurs de transcription E2A ou HEB.

Mécanisme de leucémogénèse par les oncogènes SCL et LMO1

La leucémie lymphoïde représente 30% de tous les cancers chez l’enfant. SCL (« Stem cell leukemia ») et LMO1/2 (« LIM only protein ») sont les oncogènes les plus fréquemment activés dans les leucémies aiguës des cellules T chez l'enfant (T-ALL). L’expression ectopique de ces deux oncoprotéines dans le thymus de souris transgéniques induit un blocage de la différenciation des cellules T suivie d’une leucémie agressive qui reproduit la maladie humaine. Afin de définir les voies génétiques qui collaborent avec ces oncogènes pour induire des leucémies T-ALL, nous avons utilisé plusieurs approches. Par une approche de gène candidat, nous avons premièrement identifié le pTalpha, un gène crucial pour la différenciation des cellules T, comme cible directe des hétérodimères E2AHEB dans les thymocytes immatures. De plus, nous avons montré que pendant la différenciation normale des thymocytes, SCL inhibe la fonction E2A et HEB et qu’un dosage entre les protéines E2A, HEB et SCL détermine l’expression du pTalpha. Deuxièmement, par l’utilisation d’une approche globale et fonctionnelle, nous avons identifié de nouveaux gènes cibles des facteurs de transcription E2A et HEB et montré que SCL et LMO1 affectent la différenciation thymocytaire au stade préleucémique en inhibant globalement l’activité transcriptionnelle des protéines E par un mécanisme dépendant de la liaison à l’ADN. De plus, nous avons découvert que les oncogènes SCL et LMO1 sont soit incapables d’inhiber totalement l’activité suppresseur de tumeur des protéines E ou agissent par une voie d’induction de la leucémie différente de la perte de fonction des protéines E. Troisièmement, nous avons trouvé que Notch1, un gène retrouvé activé dans la majorité des leucémies T-ALL chez l’enfant, opère dans la même voie génétique que le pré-TCR pour collaborer avec les oncogènes SCL et LMO1 lors du processus de leucémogénèse. De plus, cette collaboration entre des facteurs de transcription oncogéniques et des voies de signalisation normales et importantes pour la détermination de la destinée cellulaire pourraient expliquer la transformation spécifique à un type cellulaire. Quatrièmement, nous avons trouvé que les oncogènes SCL et LMO1 sont des inducteurs de sénescence au stade préleucémique. De plus, la délétion du locus INK4A/ARF, un évènement retrouvé dans la majorité des leucémies pédiatriques T-ALL associées avec une activation de SCL, collabore aves les oncogènes SCL et LMO1 dans l’induction de la leucémie. Cette collaboration entre la perte de régulateurs de la sénescence suggère qu’un contournement de la réponse de sénescence pourrait être nécessaire à la transformation. Finalement, nous avons aussi montré que l’interaction directe entre les protéines SCL et LMO1 est critique pour l’induction de la leucémie. Ces études ont donc permis d’identifier des évènements collaborateurs, ainsi que des propriétés cellulaires affectées par les oncogènes associés avec la leucémie et de façon plus générale dans le développement du cancer.

The BTB/POZ Transcription Factor Miz-1 Is Required To Regulate The Commitment, Survival And Differentiation Of Early B And T Cell Lineages

Les lymphocytes B et T sont issus de cellules progénitrices lymphoïdes de la moelle osseuse qui se différencient grâce à l’action de facteurs de transcription, cytokines et voies de signalisation, dont l’interleukine-7 (IL-7)/IL-7 récepteur (IL-7R). Le facteur de transcription c-Myc est exprimé par les cellules lymphoïdes et contrôle leur croissance et leur différenciation. Cette régulation transcriptionnelle peut être coordonnée par le complexe c-Myc/Myc-Interacting Zinc finger protein-1 (Miz-1). Le but de ce projet était de comprendre les mécanismes qui impliquent Miz-1 et le complexe c-Myc/Miz-1 dans le développement des lymphocytes B et T. Pour réaliser ce projet, des souris déficientes pour le domaine de transactivation de Miz-1 (Miz-1POZ) et des souris à allèles mutantes pour c-MycV394D, mutation qui empêche l’interaction avec Miz-1, ont été générées. La caractérisation des souris Miz 1POZ a démontré que l’inactivation de Miz-1 perturbe le développement des lymphocytes B et T aux stades précoces de leur différenciation qui dépend de l’IL-7. L’analyse de la cascade de signalisation IL-7/IL-7R a montré que ces cellules surexpriment la protéine inhibitrice SOCS1 qui empêche la phosphorylation de STAT5 et perturbe la régulation à la hausse de la protéine de survie Bcl-2. De plus, Miz-1 se lie directement au promoteur de SOCS1 et contrôle son activité. En plus de contrôler l’axe IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 spécifiquement aux stades précoces du développement afin d’assurer la survie des progéniteurs B et T, Miz-1 régule l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B afin de coordonner les signaux nécessaires pour la différenciation des cellules immatures. La caractérisation des souris c-MycV394D a montré, quant à elle, que les fonctions de Miz-1 dans les cellules B et T semblent indépendantes de c-Myc. Les cellules T des souris Miz-1POZ ont un défaut de différenciation additionnel au niveau de la -sélection, étape où les signaux initiés par le TCR remplacent ceux induits par IL-7 pour assurer la prolifération et la différenciation des thymocytes en stades plus matures. À cette étape du développement, une forme fonctionnelle de Miz-1 semble être requise pour contrôler le niveau d’activation de la voie p53, induite lors du processus de réarrangement V(D)J du TCR. L’expression de gènes pro-apoptotiques PUMA, NOXA, Bax et du régulateur de cycle cellulaire p21CIP1 est régulée à la hausse dans les cellules des souris Miz-1POZ. Ceci provoque un débalancement pro-apoptotique qui empêche la progression du cycle cellulaire des cellules TCR-positives. La survie des cellules peut être rétablie à ce stade de différenciation en assurant une coordination adéquate entre les signaux initiés par l’introduction d’un TCR transgénique et d’un transgène codant pour la protéine Bcl-2. En conclusion, ces études ont montré que Miz-1 intervient à deux niveaux du développement lymphoïde: l’un précoce en contrôlant la signalisation induite par l’IL-7 dans les cellules B et T, en plus de l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B; et l’autre tardif, en coordonnant les signaux de survie issus par le TCR et p53 dans les cellules T. Étant donné que les thymocytes et lymphocytes B immatures sont sujets à plusieurs rondes de prolifération, ces études serviront à mieux comprendre l’implication des régulateurs du cycle cellulaire comme c-Myc et Miz-1 dans la génération des signaux nécessaires à la différenciation non aberrante et à la survie des ces cellules. Enfin, les modèles expérimentaux, souris déficientes ou à allèles mutantes, utilisés pour ce travail permettront de mieux définir les bases moléculaires de la transformation maligne des lymphocytes B et T et de révéler les mécanismes conduisant au lymphome.

Efecto del nivel de consciencia de la presencia del est??mulo sobre el aprendizaje de expectativa

Resumen tomado de la publicaci??n