Fonctions de l'oncoprotéine LMO2 déterminées par ses interactions protéiques

La leucémie lymphoïde représente environ 30% des cas de cancer chez l’enfant. Elle est souvent causée par des réarrangements chromosomiques impliquant des gènes encodant des facteurs de transcription, qui contrôlent des programmes génétiques complexes. Par exemple, LMO2 (LIM-only 2) est un facteur de transcription oncogénique fréquemment exprimé de façon aberrante dans les leucémies lymphoblastiques aigues des cellules T (T-ALL). Dans l’hématopoïèse normale, LMO2 est essentiel à la génération des cellules souches hématopoïétiques à l’origine de toutes les cellules sanguines. D’ailleurs, certaines cellules leucémiques possèdent des propriétés normalement réservées aux cellules souches hématopoïétiques. Ainsi, l’étude de la fonction de LMO2 dans les cellules souches hématopoïétiques peut être pertinente autant dans le contexte hématopoïétique normal que leucémique. Afin de mettre en évidence de nouvelles fonctions moléculaires pour LMO2, j’ai choisi d’identifier les protéines qui s’y associent. En plus de ses partenaires connus, j’ai identifié plusieurs protéines de transcription/remodelage de la chromatine, en accord avec son rôle transcriptionnel. Plusieurs nouvelles fonctions potentielles ont été révélées, indiquant que cette protéine adaptatrice pourrait faire partie de complexes non transcriptionnels, régulant d’autres processus cellulaires. Les oncogènes comme LMO2 pourraient être des régulateurs à large spectre. Particulièrement, j’ai identifié des interactions entre LMO2 et des protéines de réplication de l’ADN. J’ai montré que LMO2 contrôle la réplication de l’ADN dans les cellules hématopoïétiques, et possiblement durant la leucémogenèse, indépendamment de son rôle transcriptionnel. Ensemble, ces études ont donc permis de révéler de nouvelles fonctions pour LMO2, et pourraient servir de paradigme pour d’autres facteurs de transcription oncogéniques, particulièrement aux autres protéines de la famille LMO, qui sont aussi des oncogènes puissants.

The LMO2 -25 Region Harbours GATA2-Dependent Myeloid Enhancer and RUNX-Dependent T-Lymphoid Repressor Activity.

Lim domain only 2 (LMO2) is a transcriptional co-factor required for angiogenesis and the specification of haematopoietic cells during development. LMO2 is widely expressed within haematopoiesis with the exception of T-cells. Failure to downregulate LMO2 during T-cell maturation leads to leukaemia, thus underlining the critical nature of context-dependent regulation of LMO2 expression. We previously identified a distal regulatory element of LMO2 (element -25) that cooperates with the proximal promoter in directing haematopoietic expression. Here we dissected the functional activity of element -25 and showed it to consist of two modules that conferred independent and cell-type specific activities: a 3' myeloid enhancer and a 5' T-cell repressor. The myeloid enhancer was bound by GATA2 in progenitors and its activity depended on a highly conserved GATA motif, whereas the T-cell repressor moiety of element -25 was bound by the Core Binding Factor in T-cells and its repressive activity depended on a highly conserved RUNT motif. Since the myeloid enhancer and nearby downstream region is recurrently involved in oncogenic translocations, our data suggest that the -25 enhancer region provides an open chromatin environment prone to translocations, which in turn cause aberrant LMO2 expression in T-cells due to the removal of the adjacent T-cell repressor.

The oncogenic LIM-only transcription factor Lmo2 regulates angiogenesis but not vasculogenesis in mice

The LMO2 gene is activated by chromosomal translocations in human T cell acute leukemias, but in mouse embryogenesis, Lmo2 is essential for initiation of yolk sac and definitive hematopoiesis. The LMO2 protein comprises two LIM–zinc-finger-like protein interaction modules and functions by interaction with specific partners in DNA-binding transcription complexes. We have now investigated the role of Lmo2-associated transcription complexes in the formation of the vascular system by following the fate of Lmo2-null embryonic stem (ES) cells in mouse chimeras. Lmo2 is expressed in vascular endothelium, and Lmo2-null ES cells contributed to the capillary network normally until around embryonic day 9. However, after this time, marked disorganization of the vascular system was observed in those chimeric mice that have a high contribution of Lmo2-null ES cells. Moreover, Lmo2-null ES cells do not contribute to endothelial cells of large vessel walls of surviving chimeric mice after embryonic day 10. These results show that Lmo2 is not needed for de novo capillary formation from mesoderm but is necessary for angiogenic remodeling of the existing capillary network into mature vasculature. Thus, Lmo2-mediated transcription complexes not only regulate distinct phases of hematopoiesis but also angiogenesis, presumably by Lmo2 interacting with distinct partners in the different settings.

The LIM-domain binding protein Ldb1 and its partner LMO2 act as negative regulators of erythroid differentiation

The nuclear LIM domain protein LMO2, a T cell oncoprotein, is essential for embryonic erythropoiesis. LIM-only proteins are presumed to act primarily through protein-protein interactions. We, and others, have identified a widely expressed protein, Ldb1, whose C-terminal 76-residues are sufficient to mediate interaction with LMO2. In murine erythroleukemia cells, the endogenous Lbd1 and LMO2 proteins exist in a stable complex, whose binding affinity appears greater than that between LMO2 and the bHLH transcription factor SCL. However, Ldb1, LMO2, and SCL/E12 can assemble as a multiprotein complex on a consensus SCL binding site. Like LMO2, the Ldb1 gene is expressed in fetal liver and erythroid cell lines. Forced expression of Ldb1 in G1ER proerythroblast cells inhibited cellular maturation, a finding compatible with the decrease in Ldb1 gene expression that normally occurs during erythroid differentiation. Overexpression of the LMO2 gene also inhibited erythroid differentiation. Our studies demonstrate a function for Ldb1 in hemopoietic cells and suggest that one role of the Ldb1/LMO2 complex is to maintain erythroid precursors in an immature state.

Modélisation de réseaux d'interactions des microARN et analyse et validation expérimentale de leurs boucles minimales avec des facteurs de transcription

Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants qui répriment la traduction de leurs gènes cibles par hybridation à leur ARN messager (ARNm). L'identification de cibles biologiquement actives de miARN est cruciale afin de mieux comprendre leurs rôles. Ce problème est cependant difficile parce que leurs sites ne sont définis que par sept nucléotides. Dans cette thèse je montre qu'il est possible de modéliser certains aspects des miARN afin d'identifier leurs cibles biologiquement actives à travers deux modélisations d'un aspect des miARN. La première modélisation s'intéresse aux aspects de la régulation des miARN par l'identification de boucles de régulation entre des miARN et des facteurs de transcription (FT). Cette modélisation a permis, notamment, d'identifier plus de 700 boucles de régulation miARN/FT, conservées entre l'humain et la souris. Les résultats de cette modélisation ont permis, en particulier, d'identifier deux boucles d'auto-régulation entre LMO2 et les miARN miR-223 et miR-363. Des expériences de transplantation de cellules souches hématopoïétiques et de progéniteurs hématopoïétiques ont ensuite permis d'assigner à ces deux miARN un rôle dans la détermination du destin cellulaire hématopoïétique. La deuxième modélisation s'intéresse directement aux interactions des miARN avec les ARNm afin de déterminer les cibles des miARN. Ces travaux ont permis la mise au point d'une méthode simple de prédiction de cibles de miARN dont les performances sont meilleures que les outils courant. Cette modélisation a aussi permis de mettre en lumière certaines conséquences insoupçonnées de l'effet des miARN, telle que la spécificité des cibles de miARN au contexte cellulaire et l'effet de saturation de certains ARNm par les miARN. Cette méthode peut également être utilisée pour identifier des ARNm dont la surexpression fait augmenter un autre ARNm par l'entremise de miARN partagés et dont les effets sur les ARNm non ciblés seraient minimaux.

Les oncogènes NUP98-PHF23 et NUP98-HOXD13 confèrent un potentiel aberrant d’auto-renouvellement aux progéniteurs thymiques.

L’initiation de la leucémogénèse dans la leucémie aigue lymphoblastique (LAL)-T résulte de l’activation aberrante de facteurs de transcription de la lignée lymphocytaire T. Nous démontrons que les gènes de fusion NUP98-PHF23 (NP23) et NUP98-HOXD13 (NHD13) reprogramment les thymocytes normaux en cellules souches pré-leucémiques (CS-préL) possédant un potentiel aberrant d’auto-renouvellement. Basé sur des essais de clonalité performés sur des thymocytes transplantés en série, nous avons découvert que cette population est hiérarchisée similairement aux cellules souches hématopoïétiques normales. Ces CS-préL dévoilent un enrichissement du compartiment de précurseurs thymiques immatures KIT+ où les deux oncogènes, NP23 et NHD13, activent des gènes impliqués dans l’autorenouvellement, incluant Hoxa9, Hoxa10, Lyl1 et Hhex. De plus, l’activité d’autorenouvellement est abrogée par les ARN interférents contre Lyl1 et Hhex, indiquant leur implication fonctionnelle en aval de NP23 et NHD13. Puisque ces gènes sont aussi activés en aval de trois autres oncogènes dans la LAL-T, SCL/TAL1, LMO1 et LMO2, nous concluons que les niveaux d’activation de Lyl1 et Hhex fixent le seuil de reprogrammation des thymocytes normaux en CS-préL. Malgré l'efficacité des traitements de chimiothérapie actuels à diminuer la masse tumorale, les CS-préL sont épargnées, pouvant mener à des rechutes. Nos résultats répondent à ce besoin et proposent de nouvelles avenues permettant de cibler les CS-préL du compartiment de thymocytes immatures dans la LAL-T.

The role of jak2a in zebrafish hematopoiesis

Janus kinase 2 (Jak2) transduces signals from hematopoietic cytokines, and a gain-of-function mutation (Jak2617V>F) is associated with myeloproliferative diseases, particularly polycythemia vera. In this study, we examined the role of jak2a in zebrafish embryos in knock-down and overexpression studies using morpholinos (MOs) targeting the 5' untranslated region (UTR) (jak2aUTR-MO) and splice-site junction (jak2aSS-MO) of jak2a, a Jak inhibitor AG490 and a constitutive-active form of jak2a (jak2aca). At 18 and 24 hours after fertilization (hpf), jak2a is expressed predominantly in the intermediate cell mass (ICM; site of primitive hematopoiesis) of wild-type and chordin morphant embryos (characterized by expansion of ICM). Both jak2a MOs and AG490 reduced gata1+ (erythroid) cells in Tg(gata1:GFP) embryos, signal transducer and activation of transcription 5 (stat5) phosphorylation, and gene expression associated with early progenitors (scl and lmo2) and erythroid (gata1, he1 and ßhe1) and myeloid (spi1 [early] and mpo [late]) lineages. The chordin morphant is associated with increased stat5 phosphorylation, and both jak2a MOs and treatment with AG490 significantly ameliorated ICM expansion and hematopoietic gene up-regulation in these embryos. Injection of plasmid encoding jak2aca significantly increased erythropoiesis and expression of gata1, he1 and ßhe1, spi1, mpo, and l-plastin. In conclusion, zebrafish jak2a is involved in primitive hematopoiesis under normal and deregulated conditions.

The contribution of HGAL/GCET2 in immunohistological algorithms: a comparative study in 424 cases of nodal diffuse large B-cell lymphoma

Diffuse large B-cell lymphoma can be subclassified into at least two molecular subgroups by gene expression profiling: germinal center B-cell like and activated B-cell like diffuse large B-cell lymphoma. Several immunohistological algorithms have been proposed as surrogates to gene expression profiling at the level of protein expression, but their reliability has been an issue of controversy. Furthermore, the proportion of misclassified cases of germinal center B-cell subgroup by immunohistochemistry, in all reported algorithms, is higher compared with germinal center B-cell cases defined by gene expression profiling. We analyzed 424 cases of nodal diffuse large B-cell lymphoma with the panel of markers included in the three previously described algorithms: Hans, Choi, and Tally. To test whether the sensitivity of detecting germinal center B-cell cases could be improved, the germinal center B-cell marker HGAL/GCET2 was also added to all three algorithms. Our results show that the inclusion of HGAL/GCET2 significantly increased the detection of germinal center B-cell cases in all three algorithms (P<0.001). The proportions of germinal center B-cell cases in the original algorithms were 27%, 34%, and 19% for Hans, Choi, and Tally, respectively. In the modified algorithms, with the inclusion of HGAL/GCET2, the frequencies of germinal center B-cell cases were increased to 38%, 48%, and 35%, respectively. Therefore, HGAL/GCET2 protein expression may function as a marker for germinal center B-cell type diffuse large B-cell lymphoma. Consideration should be given to the inclusion of HGAL/GCET2 analysis in algorithms to better predict the cell of origin. These findings bear further validation, from comparison to gene expression profiles and from clinical/therapeutic data. Modern Pathology (2012) 25, 1439-1445; doi: 10.1038/modpathol.2012.119; published online 29 June 2012

Single-stranded DNA-binding proteins regulate the abundance of LIM domain and LIM domain-binding proteins.

The LIM domain-binding protein Ldb1 is an essential cofactor of LIM-homeodomain (LIM-HD) and LIM-only (LMO) proteins in development. The stoichiometry of Ldb1, LIM-HD, and LMO proteins is tightly controlled in the cell and is likely a critical determinant of their biological actions. Single-stranded DNA-binding proteins (SSBPs) were recently shown to interact with Ldb1 and are also important in developmental programs. We establish here that two mammalian SSBPs, SSBP2 and SSBP3, contribute to an erythroid DNA-binding complex that contains the transcription factors Tal1 and GATA-1, the LIM domain protein Lmo2, and Ldb1 and binds a bipartite E-box-GATA DNA sequence motif. In addition, SSBP2 was found to augment transcription of the Protein 4.2 (P4.2) gene, a direct target of the E-box-GATA-binding complex, in an Ldb1-dependent manner and to increase endogenous Ldb1 and Lmo2 protein levels, E-box-GATA DNA-binding activity, and P4.2 and beta-globin expression in erythroid progenitors. Finally, SSBP2 was demonstrated to inhibit Ldb1 and Lmo2 interaction with the E3 ubiquitin ligase RLIM, prevent RLIM-mediated Ldb1 ubiquitination, and protect Ldb1 and Lmo2 from proteasomal degradation. These results define a novel biochemical function for SSBPs in regulating the abundance of LIM domain and LIM domain-binding proteins.

Les oncogènes NUP98-PHF23 et NUP98-HOXD13 confèrent un potentiel aberrant d’auto-renouvellement aux progéniteurs thymiques

L’initiation de la leucémogénèse dans la leucémie aigue lymphoblastique (LAL)-T résulte de l’activation aberrante de facteurs de transcription de la lignée lymphocytaire T. Nous démontrons que les gènes de fusion NUP98-PHF23 (NP23) et NUP98-HOXD13 (NHD13) reprogramment les thymocytes normaux en cellules souches pré-leucémiques (CS-préL) possédant un potentiel aberrant d’auto-renouvellement. Basé sur des essais de clonalité performés sur des thymocytes transplantés en série, nous avons découvert que cette population est hiérarchisée similairement aux cellules souches hématopoïétiques normales. Ces CS-préL dévoilent un enrichissement du compartiment de précurseurs thymiques immatures KIT+ où les deux oncogènes, NP23 et NHD13, activent des gènes impliqués dans l’autorenouvellement, incluant Hoxa9, Hoxa10, Lyl1 et Hhex. De plus, l’activité d’autorenouvellement est abrogée par les ARN interférents contre Lyl1 et Hhex, indiquant leur implication fonctionnelle en aval de NP23 et NHD13. Puisque ces gènes sont aussi activés en aval de trois autres oncogènes dans la LAL-T, SCL/TAL1, LMO1 et LMO2, nous concluons que les niveaux d’activation de Lyl1 et Hhex fixent le seuil de reprogrammation des thymocytes normaux en CS-préL. Malgré l'efficacité des traitements de chimiothérapie actuels à diminuer la masse tumorale, les CS-préL sont épargnées, pouvant mener à des rechutes. Nos résultats répondent à ce besoin et proposent de nouvelles avenues permettant de cibler les CS-préL du compartiment de thymocytes immatures dans la LAL-T.

Étude du mécanisme d'action du facteur bHLH hématopoïétique SCL

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

Étude du mécanisme d'action du facteur bHLH hématopoïétique SCL

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