| ABL1 fusions in T cell acute lymphoblastic leukemia (2008). ABL1 fusies in acute T cel lymfoblastische leukemie | |||||||||||||
Abstract | |||||||||||||
| Tyrosine kinase mutaties komen frequent voor in kanker en geven de kankercellen een proliferatie- en overlevingsvoordeel. BCR-ABL1 is een goed gekarakteriseerd voorbeeld van een dergelijk oncogeen tyrosine kinase en is betrokken in de pathogenese van chronisch myeloïde leukemie (CML) en acute B cel lymfatische leukemie (B-ALL) bij volwassenen. Voor zijn kinase activiteit moet BCR-ABL1 oligomeriseren via zijn “coiled coil” domein en moet het binden aan het adaptor eiwit GRB2, twee vereisten die eveneens noodzakelijk zijn voor in vivo transformatie van myeloïde cellen door BCR-ABL1.Tyrosine kinasen zijn ook gemuteerd in acute T cel lymfatische leukemie (T-ALL). Om beter inzicht te verwerven in de rol die geactiveerde tyrosine kinasen spelen in de pathogenese van T-ALL, bestudeerden we het belang van ABL1 fusies in T-ALL. Het nucleoporine 214-Abelson 1 (NUP214-ABL1) fusiegen werd recent geïdentificeerd in 6% van de T-ALL patiënten en vertegenwoordigt totnogtoe de meest frequente tyrosine kinase mutatie in T-ALL. We karakteriseerden het activatiemechanisme van het NUP214-ABL1 kinase alsook zijn in vitro en in vivo transformerende eigenschappen. Bovendien identificeerden en karakteriseerden we “echinoderm microtubule associated protein-like 1” (EML1)-ABL1, een ABL1 fusie variant die we identificeerden in een T-ALL patiënt.Onze resultaten bevestigen dat NUP214-ABL1 en EML1-ABL1 continu actieve tyrosine kinasen zijn die hematopoïetische cellen in vitro transformeren tot groeifactor onafhankelijke proliferatie. Voor het bestuderen van hun in vivo leukemogene eigenschappen brachten we NUP214-ABL1 en EML1-ABL1 tot expressie in muis beenmerg cellen. De meerderheid van de muizen die getransplanteerd werden met EML1-ABL1 of NUP214-ABL1 getransduceerde beenmergcellen ontwikkelden een dodelijke T-ALL na een lange latentieperiode (~110 dagen).We bestudeerden eveneens het mechanisme dat verantwoordelijk is voor de onafgebroken kinase activiteit van EML1-ABL1 en NUP214-ABL1. Onze resultaten suggereren dat EML1-ABL1 afhankelijk is van homo-oligomerisatie via zijn “coiled coil” domein voor zijn activiteit. In tegenstelling tot alle oncogene tyrosine kinasen die voorheen beschreven werden, lokaliseert NUP214-ABL1 aan de kernmembraan in de cel. Bovendien zijn deze subcellulaire lokalisatie van NUP214-ABL1 en zijn binding aan andere nucleoporines noodzakelijk voor zijn activiteit. Onze hypothese is dat niet directe “coiled coil” geïnduceerde oligomerisatie maar wel integratie van NUP214-ABL1 moleculen in de nucleaire porie complexen ervoor zorgt dat verschillende NUP214-ABL1 eiwitten voldoende dicht bij elkaar worden gebracht zodat ze elkaar kunnen activeren. Deze resultaten onthullen een nieuw mechanisme voor activatie van een fusie kinase in kanker en suggereren dat de nucleaire porie omgeving zelf een centrale rol kan spelen in transformatie.ABL1 fusie genen worden samen met andere mutaties teruggevonden in T-ALL patiënten, wat erop wijst dat een opeenstapeling van verschillende mutaties noodzakelijk is voor transformatie van thymocyten. Er is echter weinig geweten over hoe deze verschillende mutaties coöpereren en over de volgorde waarin ze optreden gedurende de ontwikkeling van T-ALL. Resultaten uit deze studie suggereren dat tyrosine kinase mutaties pas laat verworven worden in het T-ALL ontwikkelingsproces. Wanneer dit een algemeen geldend principe is, zal behandeling met kinase inhibitor monotherapie sluimerende pre-leukemische klonen zonder kinase mutatie niet uitroeien en andere gemuteerde moleculen zullen ook moeten geïnhibeerd worden om dit doel te kunnen bereiken. Met deze kennis in het achterhoofd onderzochten we het therapeutisch potentieel van inhibitie van NUP214-ABL1 in combinatie met andere therapieën. We tonen aan dat NUP214-ABL1 positieve T-ALL patiënten ook NOTCH1 mutaties hebben, en in vitro observeerden we synergistische inhiberende effecten bij combinatie van inhibitoren van NUP214-ABL1 en van NOTCH1. Om deze en andere moleculair gerichte combinatie therapieën verder te valideren hebben we nood aan diermodellen waarin verschillende T-ALL geassocieerde mutaties gecombineerd worden en die dus het meerstaps ontwikkelingsproces van humane T-ALL weerspiegelen. De modellen die we ontwikkelden voor ABL1 fusie geïnduceerde T-ALL kunnen hiervoor als startpunt gebruikt worden.. Mutant tyrosine kinase alleles are frequently found in cancer and provide cancer cells with a proliferation and survival advantage. BCR-ABL1 is a well characterized example of such an oncogenic tyrosine kinase that is implicated in the pathogenesis of chronic myeloid leukemia (CML) and adult B cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL). BCR-ABL1 kinase activity depends on its ability to oligomerize via its coiled coil domain and on its association with the adaptor protein GRB2, two features that are required for its transforming potential of myeloid cells in vivo.Tyrosine kinases are also mutated in T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL). To obtain better insight in the contribution of activated tyrosine kinases to T-ALL pathogenesis, we studied the importance of ABL1 fusions in T-ALL. The nucleoporin 214-Abelson 1 (NUP214-ABL1) fusion gene was recently identified in 6% of T-ALL cases, and represents currently the most frequent tyrosine kinase mutation in T-ALL. In this study, we have characterized the activation mechanism of the NUP214-ABL1 kinase, and its in vitro and in vivo transforming properties. In addition, we have identified and characterized echinoderm microtubule associated protein-like 1(EML1)-ABL1, a variant ABL1 fusion that we identified in a single T-ALL case.Our data confirm that NUP214-ABL1 and EML1-ABL1 are constitutively active tyrosine kinases that transform hematopoietic cells to growth factor independent proliferation in vitro. To study their in vivo leukemogenic properties, we expressed NUP214-ABL1 and EML1-ABL1 in murine bone marrow cells. The majority of mice reconstituted with EML1-ABL1 or NUP214-ABL1 transduced bone marrow cells developed long latency (~110 days) fatal T-ALL.In addition, we studied the mechanism causing constitutive EML1-ABL1 and NUP214-ABL1 kinase activity. Our results suggest that EML1-ABL1 requires homo-oligomerization via its coiled coil domain for its activity. In contrast to all previously described oncogenic tyrosine kinases, NUP214-ABL1 localizes to the nuclear membrane in cells. Moreover, NUP214-ABL1 requires this subcellular localization and its interaction with other nucleoporins for its activity. Instead of direct coiled coil induced oligomerization, we propose that incorporation of NUP214-ABL1 molecules into the nuclear pore complexes brings different NUP214-ABL1 molecules in close proximity so they can activate each other. These results delineate a novel mechanism for fusion kinase activation in cancer and suggest that the nuclear pore context itself can play a central role in transformation.ABL1 fusion genes occur together with other genetic alterations in T-ALL patients, indicating that accumulation of different mutations is required for thymocyte transformation. However, little is known about the cooperation between the different mutations and about the sequence in which the mutations accumulate during T-ALL development. We provide evidence that tyrosine kinase mutations are acquired late in T-ALL development. If this is a general principle, kinase inhibitor monotherapy will not affect latent pre-leukemic stem cell clones without kinase mutation and targeting other mutated molecules in T-ALL will be necessary to reach this aim. With this in mind, we investigated the therapeutic potential of inhibition of NUP214-ABL1 in combination with other therapies. We show that NUP214-ABL1 positive T-ALL patients also have NOTCH1 mutations, and that combined inhibition of NUP214-ABL1 and NOTCH1 in vitro can result in synergistic inhibitory effects. For further validation of these and other molecularly targeted combination therapies, there is a need for animal models in which several T-ALL associated mutations are combined and which as such mirror the multistep oncogenic process of human T-ALL. The models we established for ABL1 fusion induced T-ALL could serve as starting point here.. Doctor in de Medische Wetenschappen. Afd. Ontwikkelings- en Molecul. Genetica. Departement Menselijke Erfelijkheid. Faculteit Geneeskunde. Doctoral thesis. Doctoraatsthesis | |||||||||||||
Publication details | |||||||||||||
| |||||||||||||