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.

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.

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.

Selective repression of transcriptional activators by Pbx1 does not require the homeodomain.

PBX1 is a homeobox-containing gene identified as the chromosome 1 participant of the t(1;19) chromosomal translocation of childhood pre-B-cell acute lymphoblastic leukemia. This translocation produces a fusion gene encoding the chimeric oncoprotein E2A-Pbx1, which can induce both acute myeloid and T-lymphoid leukemia in mice. The binding of Pbx1 to DNA is weak; however, both Pbx1 and E2A-Pbx1 exhibit tight binding to specific DNA motifs in conjunction with certain other homeodomain proteins, and E2A-Pbx1 activates transcription through these motifs, whereas Pbx1 does not. In this report, we investigate potential transcriptional functions of Pbx1, using transient expression assays. While no segments of Pbx1 activated transcription, an internal domain of Pbx1 repressed transcription induced by the activation domain of Sp1, but not by the activation domains of VP16 or p53. This Pbx1 domain, which lies upstream of the homeodomain and is highly conserved among Pbx proteins, is thus predicted to bind a specific transcription factor. Surprisingly, the repression activity of Pbx1 did not require homeodomain-dependent DNA binding. Thus, Pbx1 may be able to alter gene transcription by both DNA-binding-dependent and DNA-binding-independent mechanisms.

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.

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.

The hexapeptide LFPWMR in Hoxb-8 is required for cooperative DNA binding with Pbx1 and Pbx2 proteins.

The Hox gene products are DNA-binding proteins, containing a homeodomain, which function as a class of master control proteins establishing the body plan in organisms as diverse as Drosophila and vertebrates. Hox proteins have recently been shown to bind cooperatively to DNA with another class of homeodomain proteins that include extradenticle, Pbx1, and Pbx2. Hox gene products contain a highly conserved hexapeptide connected by a linker of variable length to the homeodomain. We show that the hexapeptide and the linker region are required for cooperativity with Pbx1 and Pbx2 proteins. Many of the conserved residues present in the Hoxb-8 hexapeptide are required to modulate the DNA binding of the Pbx proteins. Position of the hexapeptide relative to the homeodomain is important. Although deletions of two and four residues of the linker peptide still show cooperative DNA binding, removal of all six linker residues strongly reduces cooperativity. In addition, an insertion of 10 residues within the linker peptide significantly lowers cooperative DNA binding. These results show that the hexapeptide and the position of the hexapeptide relative to the homeodomain are important determinants to allow cooperative DNA binding involving Hox and Pbx gene products.

Ectopic Meis1 expression in the mouse limb bud alters P-D patterning in a Pbx1-independent manner

During limb development, expression of the TALE homeobox transcription factor Meis1 is activated by retinoic acid in the proximal-most limb bud regions, which give rise to the upper forelimb and hindlimb. Early subdivision of the limb bud into proximal Meis-positive and distal Meis-negative domains is necessary for correct proximo-distal (P-D) limb development in the chick, since ectopic Meis1 overexpression abolishes distal limb structures, produces a proximal shift of limb identities along the P-D axis, and proximalizes distal limb cell affinity properties. To determine whether Meis activity is also required for P-D limb specification in mammals, we generated transgenic mice ectopically expressing Meis1 in the distal limb mesenchyme under the control of the Msx2 promoter. Msx2:Meis1 transgenic mice display altered P-D patterning and shifted P-D Hox gene expression domains, similar to those previously described for the chicken. Meis proteins function in cooperation with PBX factors, another TALE homeodomain subfamily. Meis-Pbx interaction is required for nuclear localization of both proteins in cell culture, and is important for their DNA-binding and transactivation efficiency. During limb development, Pbx1 nuclear expression correlates with the Meis expression domain, and Pbx1 has been proposed as the main Meis partner in this context; however, we found that Pbx1 deficiency did not modify the limb phenotype of Msx2:Meis1 mice. Our results indicate a conserved role of Meis activity in P-D specification of the tetrapod limb and suggest that Pbx function in this context is either not required or is provided by partners other than Pbx1.

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。

斑马鱼肌肉发育相关基因克隆、表达与功能分析

本文主要研究在斑马鱼胚胎发育过程中参与肌肉发育的相关基因，克隆了四个在体节和肌肉中表达的基因全长，分析了基因的时空表达特征，并对其中两个基因进行了过表达，分析其在体节形成和肌肉发生过程中的功能。 从斑马鱼中克隆到甲状腺激素受体相关蛋白基因TRAP150。原位杂交分析TRAP150表达在近轴细胞的慢肌和体节的快肌，表达模式与MyoD的模式相近；并表现出肌肉特异性表达，TRAP150在体节形成和肌肉发生早期高水平说明TRAP150在肌肉分化过程发挥着重要的作用。此外，在胚胎的心脏中也检测到TRAP150的表达。在斑马鱼胚胎过量表达TRAP150造成MyoD在近轴中胚层的过量表达，而对MyoD在近轴细胞的表达影响不明显；由于MyoD在近轴中胚层的表达将诱导快肌的形成，因此过量表达TRAP150将可能导致快肌的增多；从过量表达的结果分析，TRAP150在MyoD的上游正向调控MyoD的表达，是诱导快肌的分化的重要基因。 从斑马鱼中克隆到双特性酪氨酸调控激酶新基因DYRK2。RT-PCR结果表明DYRK2具有母源性表达的特点，并且在36小时前各个时期都有表达。DYRK2在体节形成后表达在体节的近轴细胞中，大约在15个体节时检测到在快肌部位表达，18小时后在胚胎肌肉组织、脑部以及眼睛表达。DYRK2在斑马鱼胚胎发育过程中与体节和肌肉发生相关的基因之一，并可能参与脑和眼睛的发生。在斑马鱼胚胎中过量表达DYRK2导致肌肉标记基因MyoD的表达出现了很大的变化，注射侧MyoD在近轴细胞和近轴中胚层过量表达，尤其是在未形成体节的体节前体中胚层，注射侧的MyoD有大范围的高表达，而在正常一侧没有表达。MyoD的过量表达说明斑马鱼胚胎早期DYRK2通过调控MyoD的表达影响慢肌的分化。 克隆得到斑马鱼的血细胞生成的PBX1互作蛋白基因HPIP1。RT-PCR结果表明HPIP1在斑马鱼胚胎表达具有母源性，但是原位杂交的检测一直到10个体节时才检测到，说明HPIP1一直到肌肉分化后才大量表达，可能在肌肉的成熟阶段起作用。当胚胎发育到18小时，HPIP1表达在所有体节中，前端的较早形成的体节中表达量比晚形成的体节表达量高，也符合HPIP1参与肌肉成熟过程的判断。HPIP1还表达在胚胎的眼部周围，说明HPIP1可能参与到眼部肌肉的形成。 在斑马鱼中克隆的Chp-1相似蛋白基因CHORDC1。在3个体节时，CHORDC1表达在脊索两侧的近轴细胞中，而在5个体节时CHORDC1在表达在体节中，这个特点与MyoD的表达很相似，与MyoD在体节中表达不同的是，CHORDC1也在体节前体中胚层中表达，这与Myf5的表达特点相似，CHORDC1紧随着MyoD，Myf5的高表达说明CHORDC1在肌肉细胞的分化的早期即参与肌肉的发育，而其高表达量也说明CHORDC1在这个过程中可能起到非常重要的作用。CHORDC1在近轴中胚层的表达与MyoD，Myf5有不同的特点，这种不同表现在其在近轴中胚层的表达不仅仅限于快肌和慢肌，而且由后到前的逐渐扩展。而且，CHORDC1在心肌中也表达说明其不仅在骨骼肌中发挥作用。综合CHORDC1的表达特点可以认为其对肌肉的作用不限于特定肌肉类型，广泛参与到各种肌肉的发育过程