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Morello, Giulia (2016) Role of the stemness transcription factor ZNF521 in MLL-rearranged acute myeloid leukemia. [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

Acute myeloid leukemias (AMLs) that harbor translocations involving the MLL gene on chromosome 11q23 generate fusion transcripts that give rise novel fusion proteins with potent oncogenic properties and capable to destabilize the normal transcriptional activities. MLL fusion oncoproteins have been shown to initiate leukemic transformation primarily by overexpression of a specific set of genes, including HOXA4, 5, 6, 7, 9, 10 (overall defined as “HOXA-code” genes), MEIS1 (a cofactor of “HOXA-code” proteins) and MYB. It‘s well established that the majority of these genes are involved in normal programs of self-renewal, maintenance and proliferation of hematopoietic stem cells and early progenitors. Therefore is not surprise that the deregulation of the stemness genetic programs due to MLL fusion oncogenes is a crucial step for leukemic transformation. To identify new stemness genes involved in MLL-mediated transformation we performed gene set enrichments analysis (GSEA) using public database of geneset profiles of normal hematopoietic cells in a cohort of pediatric AML previously analyzed. These analyses identified a series of genes more highly expressed in MLL-rearranged AML including the well known HOXA9, HOXA5 and MEIS1, together with an apparently novel gene: ZNF521 or zinc finger protein 521
ZNF521 encodes for a zinc finger protein and, like HOXA9, is strongly expressed by CD34+ hematopoietic stem cells and drastically decreases during differentiation. To evaluate the importance of ZNF521 in MLL-rearranged AML, we performed a series of functional and mechanistic studies to uncover the role of ZNF521 in MLL-rearranged cells. We used lentiviral vectors to silencing the ZNF521 and expression vectors to induce MLL-fusion proteins such as MLL-AF9. These studies, both in vitro and ex vivo, demonstrate that the growth inhibition, reduced clonogenicity and cell cycle arrest induced by ZNF521 depletion is mediated through enhanced myeloid differentiation. Moreover, we demonstrate that ZNF521 is a direct target of MLL-fusion oncoproteins such as MLL-AF9 and MLL-ENL.
Collectively, these findings identify ZNF521 as critical effector of MLL fusion in leukemogenesis that might be targeted to overcome the differentiation block associated with MLL-rearranged AML and thus highlight ZNF521 as potential therapeutic target in treating this subtype of aggressive leukemias

Abstract (italian)

Il gene MLL è spesso coinvolto in traslocazioni cromosomiche che causano la formazione di nuovi trascritti di fusione in grado di codificare delle proteine chimeriche con elevate proprietà oncogeniche e di de-regolazione dell’attività trascrizionale. Le oncoproteine MLL di fusione sono capaci di iniziare la trasformazione leucemica provocando una overespressione di diversi geni, tra cui quelli più critici sono gli HOXA4-10 (che complessivamente costituiscono l’HOXA-code), MEIS1 (un cofattore delle proteine HOXA-code) e MYB. La maggior parte di questi geni sono implicati nei normali programmi di self-renewal, mantenimento e proliferazione della popolazione cellulare ematopoietica staminale e dei progenitori. È evidente che la deregolazione dei programmi genetici associati alla staminalità, provocata dalla presenza degli oncongeni MLL di fusione, ha un ruolo cruciale nella trasformazione leucemica delle cellule ematopoietiche.
In questo studio abbiamo identificato, tramite GSEA (Gene Set Enrichment Analysis), i profili genetici delle cellule CD133+ normali ottenuti da database pubblici e, successivamente abbiamo valutato la loro espressione in una serie di leucemie acute mieloidi (LAM) pediatriche precedentemente analizzate in altri studi di espressione genica. I risultati mostrano che tutti i target noti degli oncogeni MLL di fusione (HOXA, MEIS1) sono up-regolati esclusivamente nelle LAM con traslocazioni del gene MLL. Abbiamo inoltre osservato che tra i geni maggiormente up-regolati è presente anche ZNF521, un gene che codifica per una proteina appartenente alla famiglia delle proteine zinc-fingers. Come HOXA9, anche ZNF521 è altamente espresso nelle cellule ematopoietiche staminali CD34+ e la sua espressione diminuisce rapidamente durante il differenziamento. Per valutare l’importanza di ZNF521 nelle LAM con traslocazioni del gene MLL abbiamo eseguito una serie di studi funzionali e meccanicistici in vitro ed ex vivo con cellule primarie, utilizzando sia vettori lentivirali per il silenziamento del gene ZNF521, sia vettori di espressione di diversi oncogeni con traslocazioni di MLL. Questi studi hanno dimostrato che il silenziamento di ZNF521, che ne determina una diminuzione di espressione ed induce le cellule a differenziare, causa un’inibizione della proliferazione cellulare, una drastica riduzione della clonogenicità e l’arresto del ciclo cellulare in fase G1. Inoltre, abbiamo dimostrato che ZNF521 è tra i target diretti delle oncoproteine MLL di fusione, ed è quindi attivamente coinvolto nella trasformazione leucemica in seguito alle traslocazioni del gene MLL.
In conclusione, ZNF521 si è rivelato essere un nuovo importante effettore degli oncogeni MLL di fusione e un fattore cruciale nel mantenimento dello stato indifferenziato delle cellule mieloidi leucemiche che presentano riarrangiamenti del gene MLL e potrebbe quindi dimostrarsi un importante nuovo target terapeutico.

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EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Germano, Giuseppe
Ph.D. course:Ciclo 27 > scuole 27 > MEDICINA DELLO SVILUPPO E SCIENZE DELLA PROGRAMMAZIONE > "EMATOONCOLOGIA, GENETICA, MALATTIE RARE E MEDICINA PREDITTIVA"
Data di deposito della tesi:31 January 2017
Anno di Pubblicazione:23 December 2016
Key Words:Acute Myeloid Leukemia, ZNF521, Stem Cell, MLL
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 06 - Scienze mediche > MED/11 Malattie dell'apparato cardiovascolare
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Salute della Donna e del Bambino
Codice ID:10225
Depositato il:15 Nov 2017 10:20
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