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.

ETV6 (TEL1) regulates embryonic hematopoiesis in zebrafish

Chromosomal translocations involving fusions of the human ETV6 (TEL1) gene occur frequently in hematologic malignancies. However, a detailed understanding of the normal function of ETV6 remains incomplete. This study has employed zebrafish as a relevant model to investigate the role of ETV6 during embryonic hematopoiesis. Zebrafish possessed a single conserved etv6 ortholog that was expressed from 12 hpf in the lateral plate mesoderm, and later in hematopoietic, vascular and other tissues. Morpholino-mediated gene knockdown of etv6 revealed the complex contribution of this gene toward embryonic hematopoiesis. During primitive hematopoiesis, etv6 knockdown resulted in reduced levels of progenitor cells, erythrocyte and macrophage populations, but increased numbers of incompletely differentiated heterophils. Definitive hematopoiesis was also perturbed, with etv6 knockdown leading to decreased erythrocytes and myeloid cells, but enhanced lymphopoiesis. This study suggests that ETV6 plays a broader and more complex role in early hematopoiesis than previously thought, impacting on the development of multiple lineages. © 2015 Ferrata Storti Foundation.

ETV6 (TEL1) in blood cell development and malignancy

 The ETV6 (TEL1) gene encodes a member of the ETS family of transcriptional regulators. It represents one of the most frequently disrupted genes in haematological malignancies, with over 50 different translocations described. Moreover, deletion, silencing or truncating mutations have also been reported, suggesting a potential tumor suppressor function. Recent studies have shown that ETV6 plays a broad and complex role in early hematopoiesis, impacting on the development of multiple lineages, providing new insights into how its perturbation contributes to disease.

Dissecting the role of the ETV6 transcriptional regulator in development and disease

This study studied the ETV6 gene using zebrafish as a model. The work demonstrated that ETV6 was important for the development of both white and red blood cells. It also characterized the pathogenic effects of mutant forms of ETV6 found in various leukemias and other blood disorders.

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.

Alternative TEL-JAK2 fusions associated with T-cell acute lymphoblastic leukemia and atypical chronic myelogenous leukemia dissected in zebrafish

Background Chromosomal translocations resulting in alternative fusions of the human TEL (ETV6) and JAK2 genes have been observed in cases of acute lymphoblastic leukemia and chronic myelogenous leukemia, but a full understanding of their role in disease etiology has remained elusive. In this study potential differences between these alternative TEL-JAK2 fusions, including their lineage specificity, were investigated.

Design and Methods TEL-JAK2 fusion types derived from both T-cell acute lymphoblastic leukemia and atypical chronic myelogenous leukemia were generated using the corresponding zebrafish tel and jak2a genes and placed under the control of either the white blood cell-specific spi1 promoter or the ubiquitously-expressed cytomegalovirus promoter. These constructs were injected into zebrafish embryos and their effects on hematopoiesis examined using a range of molecular approaches. In addition, the functional properties of the alternative fusions were investigated in vitro.

Results Injection of the T-cell acute lymphoblastic leukemia-derived tel-jak2a significantly perturbed lymphopoiesis with a lesser effect on myelopoiesis in zebrafish embryos. In contrast, injection of the atypical chronic myelogenous leukemia-derived tel-jak2a resulted in significant perturbation of the myeloid compartment. These phenotypes were observed regardless of whether expressed in a white blood cell-specific or ubiquitous manner, with no overt cellular proliferation outside of the hematopoietic cells. Functional studies revealed subtle differences between the alternative forms, with the acute lymphoblastic leukemia variant showing higher activity, but reduced downstream signal transducer and activator of transcription activation and decreased sensitivity to JAK2 inhibition. JAK2 activity was required to mediate the effects of both variants on zebrafish hematopoiesis.

Conclusions This study indicates that the molecular structure of alternative TEL-JAK2 fusions likely contributes to the etiology of disease. The data further suggest that this class of oncogene exerts its effects in a cell lineage-specific manner, which may be due to differences in downstream signaling.

A distinct DNA methylation signature defines pediatric pre-B cell acute lymphoblastic leukemia

Pre-B cell acute lymphoblastic leukemia (ALL) is the most prevalent childhood malignancy and remains one of the highest causes of childhood mortality. Despite this, the mechanisms leading to disease remain poorly understood. We asked if recurrent aberrant DNA methylation plays a role in childhood ALL and have defined a genome-scale DNA methylation profile associated with the ETV6-RUNX1 subtype of pediatric ALL. Archival bone marrow smears from 19 children collected at diagnosis and remission were used to derive a disease specific DNA methylation profile. The gene signature was confirmed in an independent cohort of 86 patients. A further 163 patients were analyzed for DNA methylation of a three gene signature. We found that the DNA methylation signature at diagnosis was unique from remission. Fifteen loci were sufficient to discriminate leukemia from disease-free samples and purified CD34+ cells. DNA methylation of these loci was recurrent irrespective of cytogenetic subtype of pre-B cell ALL. We show that recurrent aberrant genomic methylation is a common feature of pre-B ALL, suggesting a shared pathway for disease development. By revealing new DNA methylation markers associated with disease, this study has identified putative targets for development of novel epigenetic-based therapies.

Epigenetic deregulation in pediatric acute lymphoblastic leukemia

Similar to most cancers, genome-wide DNA methylation profiles are commonly altered in pediatric acute lymphoblastic leukemia (ALL); however, recent observations highlight that a large portion of malignancy-associated DNA methylation alterations are not accompanied by related gene expression changes. By analyzing and integrating the methylome and transcriptome profiles of pediatric B-cell ALL cases and primary tissue controls, we report 325 genes hypermethylated and downregulated and 45 genes hypomethylated and upregulated in pediatric B-cell ALL, irrespective of subtype. Repressed cation channel subunits and cAMP signaling activators and transducers are overrepresented, potentially indicating a reduced cellular potential to receive and propagate apoptotic signals. Furthermore, we report specific DNA methylation alterations with concurrent gene expression changes within individual ALL subtypes. The ETV6-RUNX1 translocation was associated with downregulation of ASNS and upregulation of the EPO-receptor, while Hyperdiploid patients (> 50 chr) displayed upregulation of B-cell lymphoma (BCL) members and repression of PTPRG and FHIT. In combination, these data indicate genetically distinct B-cell ALL subtypes contain cooperative epimutations and genome-wide epigenetic deregulation is common across all B-cell ALL subtypes.