Identification et caractérisation des cibles transcriptionnelles de ETV6, un facteur de transcription impliqué dans la leucémie de l’enfant.

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) est responsable d’environ 25% de l’ensemble des cancers pédiatriques. Chez 85% des enfants diagnostiqués, la LLA entraîne une prolifération massive et incontrôlée de lymphocytes immatures de type précurseurs B dans la moelle osseuse (LLA pré-B). Des avancées intéressantes ont été faites au cours des trente dernières années et ont mené à une augmentation de l’efficacité des traitements thérapeutiques. Plus de 80% des enfants atteints de LLA seront guéris de cette maladie. Malheureusement, ces traitements manquent de spécificité à cause du manque de connaissances sur les mécanismes moléculaires impliqués durant l’initiation et le développement de la LLA pré-B pédiatrique. En d’autres termes, nous connaissons peu de chose sur l’étiologie de cette maladie. Plus de 25% des enfants atteints de la LLA pré-B présentent la translocation chromosomique t(12;21)(p13;q22) qui implique les gènes ETV6 et AML1. Celle-ci est formée in utero et mène à l’expression de la protéine chimère transcriptionnelle ETV6-AML1, dont la présence seule ne suffit pas au développement de la LLA pré-B. Ainsi, d’autres événements génétiques sont nécessaires au développement de cette leucémie. La délétion de l’allèle résiduel de ETV6 est un événement génétique fréquemment rencontré au moment du diagnostic de la LLA pré-B t(12;21)+. Cette délétion entraîne l’inactivation complète de ETV6 dans les lymphocytes pré-B leucémiques. ETV6 est un répresseur transcriptionnel de la famille Ets. Mon hypothèse de recherche est que ETV6 agit comme gène suppresseur de tumeur dans la LLA pré-B pédiatrique. L’inactivation de ETV6 causerait une dérégulation de l’expression de ses cibles transcriptionnelles et, par le fait même, favoriserait l’initiation et le déroulement de la leucémogenèse pédiatrique. Dans le cadre de mon projet, comme peu de cibles transcriptionnelles de ETV6 sont connues, j’ai effectué des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine et des essais luciférases qui ont permis d’identifier six nouvelles cibles transcriptionnelles: TP53 (p53 et Δ133p53), SPHK1, IL-18, PTGER4 et LUM. J’ai démontré que la régulation transcriptionnelle médiée par ETV6 requiert la présence de ses deux domaines fonctionnels: PNT (interactions protéiques) et ETS (liaison à l’ADN). Ces domaines favorisent la reconnaissance d’un site EBS consensus dans une région située près du promoteur de base. Ce mécanisme peut dépendre du promoteur régulé par ETV6, mais également du contexte cellulaire. Des études fonctionnelles réalisées sur des lymphocytes pré-B leucémiques ont permis de mesurer l’impact de la dérégulation de l’expression des cibles transcriptionnelles de ETV6 sur trois voies biologiques: la prolifération cellulaire, l’apoptose induite par un stress génotoxique et la migration cellulaire dirigée par la voie de signalisation CXCL12/CXCR4. Ceci a permis de démontrer l’implication des gènes SPHK1, IL-18 et PTGER4 durant la leucémogenèse pédiatrique. Cette étude est une des premières à suggérer le rôle de ETV6 comme gène suppresseur de tumeur dans la LLA pré-B pédiatrique. Suite à l’inactivation du répresseur transcriptionnel ETV6, l’augmentation de l’expression de ses cibles transcriptionnelles favoriserait la prolifération et la survie des lymphocytes pré-B leucémiques dans la moelle osseuse. L’identification de nouveaux gènes impliqués dans le développement de la LLA pré-B pédiatrique ouvre la porte au développement de nouveaux traitements thérapeutiques qui pourront présenter une meilleure spécificité envers l’étiologie de la maladie.

Identification de gènes ciblès par ETV6-AML1, un facteur de transcription chimérique retrouvé dans la leucémie de l'enfant

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

Identification de transcrits modulés par ETV6 : un gène candidat suppresseur de tumeur

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Identification de gènes ciblès par ETV6-AML1, un facteur de transcription chimérique retrouvé dans la leucémie de l'enfant

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

Identification de transcrits modulés par ETV6 : un gène candidat suppresseur de tumeur

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Caractérisation de la translocation (12;13)(p12;q12-14) et l’insertion (X;6)(p11.23;q21q23.3) dans des leucémies aiguës pédiatriques

Par une stratégie de dépistage combinant le caryotype et l’hybridation in situ en fluorescence (FISH), une insertion (X;6) présente chez des jumelles avec une leucémie myéloïde aiguë (LMA) et une translocation (12;13) dans deux cas de LMA et un cas de leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) ont été mis en évidence. L’insertion (X;6) n’est pas rapportée et serait un variant de la translocation (X;6) rapportée dans 4 cas de LMA, dont un associe un gène de fusion MYB-GATA1. Nous avons mis en évidence la dérégulation de l’expression de ces gènes dans le cas d’insertion sans la présence de fusion MYB-GATA1. De plus, dans le premier cas de translocation (12;13) identifié, ETV6 serait fusionné à CDX2 ou FLT3. Le deuxième cas associe la délétion des gènes miR-15a et miR-16-1 à une fusion d’ETV6 et le troisième cas impliquerait une fusion ETV6- FOXO1.

Caractérisation cytogénétique et moléculaire des translocations chromosomiques dans la phase blastique de la leucémie myéloïde chronique

La leucémie myéloïde chronique (LMC) est un modèle d’évolution tumorale dans les cancers humains. Le processus d’évolution de la LMC de la phase chronique (PC) à la phase blastique (PB) est caractérisé par un arrêt de différenciation et l’acquisition de la capacité d’autorenouvellement incontrôlé d’une cellule souche ou d’un progéniteur hématopoïétique. La LMC en PB est associée à la présence d’anomalies génétiques additionnelles à la fusion BCR-ABL1 qui résulte de la translocation chromosomique t(9;22). Contrairement aux patients en PC, les patients en PB de la LMC n’obtiennent pas une réponse moléculaire complète à long terme avec 1’Imatinib mesylate, un inhibiteur de la tyrosine kinase (ITK) BCR-ABL1. De plus, les ITKs de deuxième et troisième générations sont moins efficaces en PB de la LMC lorsque les cellules leucémiques ont acquis une résistance au traitement indépendante des mutations de BCR-ABL1. Les mécanismes moléculaires des voies de signalisation impliquées dans la progression de la LMC en PB ne sont pas entièrement élucidés. Le but de notre travail est de caractériser de nouvelles anomalies génétiques dans la PB de la LMC. Nous avons identifié en cytogénétique, quatre nouvelles translocations chromosomiques : t(1;21)(p36;q22), t(7;17)(p15;q22), t(8;17)(q11;q22) et t(2;12)(q31;p13) dans les cellules leucémiques de patients en PB de la LMC résistants au traitement. En utilisant des techniques d'hybridation in situ en fluorescence, de RT-PCR et de séquençage, nous avons délimité les régions à investiguer au niveau des points de cassure et identifié un réarrangement de plusieurs gènes codant pour des facteurs de transcription importants lors de l’hématopoïèse tels que RUNX1, ETV6, PRDM16 et HOXA. L’altération de ces gènes pourrait expliquer l’arrêt de différenciation et/ou l’acquisition de la capacité d’autorenouvellement caractéristiques de la LMC en PB. Nous avons identifié les fusions RUNX1-PRDM16, MSI2-HOXA, MSI2-SOX17 et ETV6-HOXD11, respectivement associées aux translocations chromosomiques t(1;21), t(7;17), t(8;17) et t(2;12). Ces fusions génèrent différents transcrits alternatifs qui maintiennent et altèrent le cadre ouvert de lecture. L’analyse des séquences des transcrits chimériques identifiés dans ce projet, incluant RUNX1-PRDM16, MSI2-HOXA9, MSI2-HOXA10, MSI2-HOXA11 et ETV6-HOXD11, nous a permis de prédire les domaines fonctionnels potentiellement présents au niveau des protéines chimériques prédites. Les transcrits de fusion qui respectent le cadre ouvert de lecture peuvent générer des domaines fonctionnels des deux partenaires. C’est le cas des deux transcrits identifiés pour la fusion RUNX1-PRDM16 où le domaine de liaison à l’ADN RHD (Runt homology domain) de RUNX1 est fusionné avec la quasi-totalité des domaines de PRDM16. Les transcrits de fusion qui ne respectent pas le cadre ouvert de lecture donnent des formes tronquées des transcrits RUNX1, MSI2 et ETV6. La juxtaposition des régions promotrices de ces derniers en 5’ de leurs partenaires entraîne l’activation de la forme courte oncogénique de PRDM16 dans la t(1;21) ou de différents gènes HOXA/D dans les t(7;17) et t(2;12), ainsi que l’expression aberrante d’un nouveau transcrit alternatif de SOX17 dans la t(8;17). Notre étude nous a permis d’identifier de nouveaux gènes de fusion et/ou une activation de gènes qui pourraient coopérer avec la fusion BCR-ABL1 dans la progression de la LMC et être impliqués dans la résistance au traitement de la LMC en phase avancée. La caractérisation des événements génétiques associés à la transformation blastique de la LMC est essentielle pour l’investigation des voies moléculaires impliquées dans cette phase de la maladie. Investiguer la résistance au traitement de ces patients pourrait aussi contribuer à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques dans cette leucémie.

Identification de nouvelles cibles transcriptionnelles d’ETV6, un facteur de transcription fréquemment altéré dans la leucémie aiguë lymphoblastique

La leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Plusieurs réarrangements chromosomiques ont été associés à cette maladie, dont la translocation t(12;21), qui est observée dans 25% des cas de LAL de type pré-B. Cette translocation engendre l’expression de la protéine de fusion ETV6-AML1. Toutefois, celle-ci n’est pas suffisante pour initier seule une leucémie, ce qui suggère que des mutations additionnelles sont nécessaires à la transformation oncogénique. Or, on observe que l’allèle non-réarrangé d’ETV6 est perdu dans 75% des cas de t(12;21). Cette délétion entraîne l’inactivation complète du facteur de transcription ETV6 et l’abolition de sa fonction biologique. Puisqu’ETV6 semble jouer un rôle de suppresseur de tumeurs, nous croyons que son inactivation favoriserait le développement de la leucémie via la dérégulation de ses gènes cibles. Ce projet visait donc à identifier de nouvelles cibles transcriptionnelles d’ETV6, afin d’élucider son implication dans la leucémie. Une expérience de RNA-Seq a permis d’identifier plus de 200 gènes dont l’expression est corrélée avec celle d’ETV6 dans des cellules souches hématopoïétiques CD34+. Parmi ceux-ci, plusieurs gènes sont impliqués dans la réponse immunitaire et inflammatoire, la migration cellulaire, l’homéostasie ionique et la signalisation intracellulaire. Nous avons également mis en place une approche d’immunoprécipitation de la chromatine afin d’identifier les régions auxquelles le facteur de transcription ETV6 peut se lier. À l’aide de cette méthode, nous avons démontré une interaction entre ETV6 et SLCO2B1, un gène dont l’expression est également co-régulée avec ETV6. Finalement, notre étude suggère qu’ETV6 contribuerait à la leucémogenèse en dérégulant l’expression de certains gènes ayant des propriétés oncogéniques.

Simultaneous Occurrence of Biphenotypic T Cell/Myeloid Lesions Involving t(12;13)(p13;q14) in a Pediatric Patient

This paper chronicles a 2-year-old girl who presented with acute leukemia/lymphoma syndrome of the T cell immuno-phenotype. At this time, the cytogenetic analysis of her bone marrow cells showed a reciprocal translocation between the short arm of chromosome 12 and the long arm of chromosome 13, t(12;13)(p13;q14). The immunophenotyping of bone marrow blast cells by flow cytometry revealed a population of cells positive for CD56, CD117, CD45, partial CD33, partial HLA-DR, CD13, CD7, CD2 and CD5. Therefore, a diagnosis of acute leukemia with a mixed T cell/myeloid phenotype was made. The patient had a poor response to classic T cell acute lymphocytic leukemia/lymphoma therapy; thus, her treatment was changed to a myeloid leukemia protocol, which produced a good response. She underwent a successful cord blood transplantation from an unrelated HLA partially matched donor. The coexistence of these two phenotypes prompts questions about the existence of clonal instability, which might influence the choice of therapy. The rarity of the t(12;13)(p13;q14) and the coexistence of T cell/myeloid markers suggest a nonrandom association. To the best of our knowledge, this is the first reported case in which a cell clone bearing a t(12;13)(p13;q14) translocation in a mixed T cell/myeloid lesion was detected. Copyright (C) 2012 S. Karger AG, Basel

Fetal origins of the TEL-AML1 fusion gene in identical twins with leukemia

The TEL (ETV6)−AML1 (CBFA2) gene fusion is the most common reciprocal chromosomal rearrangement in childhood cancer occurring in ≈25% of the most predominant subtype of leukemia— common acute lymphoblastic leukemia. The TEL-AML1 genomic sequence has been characterized in a pair of monozygotic twins diagnosed at ages 3 years, 6 months and 4 years, 10 months with common acute lymphoblastic leukemia. The twin leukemic DNA shared the same unique (or clonotypic) but nonconstitutive TEL-AML1 fusion sequence. The most plausible explanation for this finding is a single cell origin of the TEL-AML fusion in one fetus in utero, probably as a leukemia-initiating mutation, followed by intraplacental metastasis of clonal progeny to the other twin. Clonal identity is further supported by the finding that the leukemic cells in the two twins shared an identical rearranged IGH allele. These data have implications for the etiology and natural history of childhood leukemia.

Posttranslational modification of TEL and TEL/AML1 by SUMO-1 and cell-cycle-dependent assembly into nuclear bodies

The E-26 transforming specific (ETS)-related gene, TEL, also known as ETV6, encodes a strong transcription repressor that is rearranged in several recurring chromosomal rearrangements associated with leukemia and congenital fibrosarcoma. TEL is a nuclear phosphoprotein that is widely expressed in all normal tissues. TEL contains a DNA-binding domain at the C terminus and a helix–loop–helix domain (also called a pointed domain) at the N terminus. The pointed domain is necessary for homotypic dimerization and for interaction with the ubiquitin-conjugating enzyme UBC9. Here we show that the interaction with UBC9 leads to modification of TEL by conjugating it to SUMO-1. The SUMO-1-modified TEL localizes to cell-cycle-specific nuclear speckles that we named TEL bodies. We also show that the leukemia-associated fusion protein TEL/AML1 is modified by SUMO-1 and found in the TEL bodies, in a pattern quite different from what we observe and report for AML1. Therefore, SUMO-1 modification of TEL could be a critical signal necessary for normal functioning of the protein. In addition, the modification by SUMO-1 of TEL/AML1 could lead to abnormal localization of the fusion protein, which could have consequences that include contribution to neoplastic transformation.

Unlocking pathology archives for molecular genetic studies: a reliable method to generate probes for chromogenic and fluorescent in situ hybridization

Chromogenic (CISH) and fluorescent ( FISH) in situ hybridization have emerged as reliable techniques to identify amplifications and chromosomal translocations. CISH provides a spatial distribution of gene copy number changes in tumour tissue and allows a direct correlation between copy number changes and the morphological features of neoplastic cells. However, the limited number of commercially available gene probes has hindered the use of this technique. We have devised a protocol to generate probes for CISH that can be applied to formalin-fixed, paraffin-embedded tissue sections (FFPETS). Bacterial artificial chromosomes ( BACs) containing fragments of human DNA which map to specific genomic regions of interest are amplified with phi 29 polymerase and random primer labelled with biotin. The genomic location of these can be readily confirmed by BAC end pair sequencing and FISH mapping on normal lymphocyte metaphase spreads. To demonstrate the reliability of the probes generated with this protocol, four strategies were employed: (i) probes mapping to cyclin D1 (CCND1) were generated and their performance was compared with that of a commercially available probe for the same gene in a series of 10 FFPETS of breast cancer samples of which five harboured CCND1 amplification; (ii) probes targeting cyclin-dependent kinase 4 were used to validate an amplification identified by microarray-based comparative genomic hybridization (aCGH) in a pleomorphic adenoma; (iii) probes targeting fibroblast growth factor receptor 1 and CCND1 were used to validate amplifications mapping to these regions, as defined by aCGH, in an invasive lobular breast carcinoma with FISH and CISH; and (iv) gene-specific probes for ETV6 and NTRK3 were used to demonstrate the presence of t(12; 15)(p12; q25) translocation in a case of breast secretory carcinoma with dual colour FISH. In summary, this protocol enables the generation of probes mapping to any gene of interest that can be applied to FFPETS, allowing correlation of morphological features with gene copy number.

Specific JAK2 mutation (JAK2R683) and multiple gene deletions in Down syndrome acute lymphoblastic leukemia

Children with Down syndrome (DS) have a greatly increased risk of acute megakaryoblastic leukemia (AMKL) and acute lymphoblastic leukemia (ALL). Both DS-AMKL and the related transient myeloproliferative disorder (TMD) have GATA1 mutations as obligatory, early events. To identify mutations contributing to leukemogenesis in DS-ALL, we undertook sequencing of candidate genes, including FLT3, RAS, PTPN11, BRAF, and JAK2. Sequencing of the JAK2 pseudokinase domain identified a specific, acquired mutation, JAK2R683, in 12 (28%) of 42 DS-ALL cases. Functional studies of the common JAK2R683G mutation in murine Ba/F3 cells showed growth factor independence and constitutive activation of the JAK/STAT signaling pathway. High-resolution SNP array analysis of 9 DS-ALL cases identified additional submicroscopic deletions in key genes, including ETV6, CDKN2A, and PAX5. These results infer a complex molecular pathogenesis for DS-ALL leukemogenesis, with trisomy 21 as an initiating or first hit and with chromosome aneuploidy, gene deletions, and activating JAK2 mutations as complementary genetic events. (Blood. 2009; 113: 646-648)