SOX11 in Mantle Cell Lymphoma - Novel Tools for Diagnostic, Prognostic and Functional Investigations

Abstract

The goal of biomarker discovery is to identify disease defining molecules, which could be used to improve early detection and/or to predict survival and response to treatment.

This thesis is about the transcription factor SOX11, a protein discovered in the context of mantle cell lymphoma in 2008, which shows great potential to be used as a clinical relevant biomarker. The aim of this thesis is to extend the use of SOX11, by providing novel tools for research applications as well as for diagnosing and stratifying mantle cell lymphoma patients.

The results from my studies are presented in four papers in the thesis. First, we developed a monoclonal SOX11 antibody for the diagnostic classification of mantle cell lymphoma patients. Using this antibody, we showed that the expression of SOX11 correlates with patient survival and that inclusion of either SOX11 or p53 into the well-established prognostic index MIPI improve patient classification. To understand the growth regulatory role of SOX11, DNA binding sites and interacting protein partners needs to be identified. We continued to generate and assess the specificities of SOX11 targeting antibodies for immunoprecipitation assays, with the aim to get further insight into SOX11 signaling pathways using chromatin immunoprecipitation coupled to next generation sequencing or co-immunoprecipitation coupled to mass spectrometry. Finally, we investigated the epigenetic regulation of SOX11 and demonstrate the ability of re-expression using histone deacetylase inhibitors.

In conclusion, this thesis presents novel tools, including the developed SOX11 antibody and the improved prognostic index for stratifying mantle cell lymphoma patients. Additionally, the developed SOX11 antibody has expanded our research applications to include flow cytometry and immunoprecipitation assays.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Forskning kring biomarkörer har revolutionerat cancersjukvården. Några av de mest kända exemplen är PSA-testet som kan användas för att identifiera patienter med ökad risk för prostata cancer eller de nya antikroppsbehandlingarna, t.ex mot HER2 (trastuzumab/Hercepin) eller CD20 (rituximab/Rituxan), som gör att man nu ofta kan förlänga eller bota patienter som tidigare hade en väldigt dålig prognos. En biomarkör (t.ex. en gen eller ett protein) visar på de biologiska skillnader i cellerna som finns mellan friska och sjuka individer. Dessa skillnader kan utnyttjas för att ställa en tidig diagnos, förutspå hur en patient ska svara på behandling eller för att utveckla nya behandlingsstrategier.

Den här avhandlingen fokuserar på proteinet SOX11, en diagnostisk och prognostisk biomarkör för mantelcellslymfom. När B-celler, som är en typ av vita blodkroppar med stor betydelse för immunförsvaret, ger upphov till cancer kallas det B-cells lymfom. Beroende på i vilket utvecklingsstadie cancer cellerna är i delar man vidare in lymfom i subgrupper (varav mantelcellslymfom är en). Vissa lymfom kan vara svåra att särskilja och eftersom behandlingen är olika beroende på subtyp, riskerar den enskilde patienten att felbehandlas vid en felaktig diagnos. Det är därför viktigt att identifiera nya biomarkörer som med säkerhet kan diagnostisera varje subtyp men också att hitta markörer som kan förutspå vilka patienter som kommer att svara på en behandling.

SOX11 är ett protein som enbart finns i celler under fostertiden, bl.a. under utvecklingen av det centrala nervsystemet. Att detta protein plötsligt återuttrycks i mantelcellslymfom är något man kan utnyttja för att ställa en säker diagnos. För att identifiera vilka patienter som har SOX11 (och därmed mantelcellslymfom) används antikroppar, ett protein som effektivt märker in det protein det var designat att binda, i detta fall SOX11. Det finns idag flera olika sätt att designa och tillverka antikroppar. Vilken teknik man använder beror på hur antikroppen ska användas. För att kunna använda SOX11 som ett verktyg för att diagnostisera lymfompatienter krävs SOX11-bindande antikroppar. I Paper I använde vi hybridomteknologi för att producera antikroppar mot SOX11 för forsknings- och diagnostika applikationer. Hybridom-teknologin är en nobelprisbelönad teknik som nästan 30 år senare fortfarande är svår att konkurrera ut. Vi visar att antikroppen, kallad SOX11-C1, binder både starkt och specifikt till SOX11 i mantelcellslymfom men inte till liknande lymfom. Antikroppen fungerar i två metoder, immunohistokemi och flödescytometri, som flitigt används för diagnostik av lymfom patienter. I och med denna antikropp har vi tagit fram ett verktyg som möter de krav för att kunna börja använda SOX11 inom rutindiagnostik av lymfompatienter.

I Paper II använder vi SOX11-C1 antikroppen för att visa att mängden SOX11 förutom att fastställa diagnos också kan användas till att bedöma prognosen för patienter med mantelcellslymfom. Vi visar att patienter med ett starkt uttryck av SOX11 (mer än 30 % av cellerna) lever längre än patienter med lågt uttryck av SOX11. Mantelcellslymfom är en aggressiv tumör som anses som obotlig trots att forskning ständigt förbättrat överlevnaden. För patienter som är i tillräcklig fysisk form för att genomgå en stamcellstransplantation i kombination med cytostatika och antikroppsbehandlingar kan man numera uppnå mer än 10 års överlevnad, vilket är mer än en fördubbling från tidigt 00-tal då överlevnaden var ca 5 år. För att bedöma vilka patienter som drar fördel av denna nya behandling använder läkarna idag vad man kallar ett prognostiskt index (MIPI) för att bedöma om patienten tillhör låg-, mellan-, eller hög-riskgruppen. Vi visar vidare i Paper II att biologiska markörer som SOX11 och p53 kan förbättra MIPI och bättre skilja ut grupper med dålig respektive god prognos. Behandlingen är inte effektiv för patienter med hög risk eftersom överlevnaden hos dessa patienter är betydligt kortare. Därför kan ett prognostiskt index fungera som ett urvalskriterium för att testa alternativa behandlingar för dessa patienter.

För att kunna utveckla nya målinriktade behandlingar mot mantelcellslymfom krävs stora kunskaper om vad som gått fel i tumörcellerna och vad som driver den okontrollerade tillväxten och dess motståndskraft mot celldöd. Eftersom SOX11 enbart finns i tumörceller borde proteinet ha en aktiv roll för utvecklingen av tumören. Ett tumörspecifikt protein är attraktivt för att utveckla nya behandlingar. Men eftersom SOX11 finns inuti cellkärnan går proteinet inte att nå med konventionell antikroppsbehandling. Det har också visat sig att vissa protein, såsom SOX11, som inte har någon naturlig ”ficka” i sin struktur är svåra att nå med klassisk läkemedelskemi eftersom läkemedelsmolekylen måste fastna i proteinstrukturen. Det är därför viktigt att ta reda på i vilket proteinnätverk SOX11 agerar i samt vilka gener SOX11 i sin tur styr. I Paper III har jag skrivit en teknisk rapport som initierat arbetet med att upptäcka SOX11’s nätverk. Jag rapporterar om vilken typ av antikroppar som är mest lämpade för dessa metoder, samt diskuterar andra protokolltekniska aspekter för användningen av metoden. Detta för att i framtida arbete kunna ta reda på vilka gener SOX11 binder och reglerar samt vilka protein som SOX11 intragerar med i denna process.

Förutom i mantelcellslymfom, är SOX11 uttryckt i subgrupper av äggstockscancer, bröstcancer och i hjärntumörer. I Paper IV använde jag laboratoriemodeller, cell-linjer, av dessa tumörer för att studera reglering av SOX11. Jag visar att genen för SOX11 i normala celler binds av ”tystande” proteiner medan genen för SOX11 uttryckande tumörer binds av ”aktiverande” proteiner. Slutligen visar jag även att en ny typ av cancerbehandling, med så kallade epigenetiska läkemedel i vissa fall påverkar cancercellerna att återuttrycka SOX11.

Sammanfattningsvis har jag med denna avhandling tagit fram en antikropp för att implementera användningen av SOX11 för att diagnostisera lymfompatienter. Jag har visat att mängden SOX11 kan kopplas ihop med hur länge patienten överlever vilket tyder på att SOX11 har en aktiv roll för tumörcellernas tillväxt. Genom att sätta upp metoder för att studera nätverket av proteiner som omger SOX11 samt vilka gener SOX11 styr och reglerar har jag initierat arbetet med att identifiera de signalvägar som SOX11 använder. Detta kan användas till att designa framtida målinriktade behandlingar som specifikt dödar tumörceller men skonar de friska cellerna. Slutligen visar jag att SOX11 regleras med liknande mekanismer oavsett tumörens celltyp och att man genom behandling med epigenetiska läkemedel kan återuttrycka SOX11 i tumören.

• author: Nordström, Lena
• supervisor: Sara Ek; Carl Borrebaeck
• opponent: Professor Jernberg Wiklund, Helena, Department of Immunology, Genetics and Pathology, Rudbeck Laboratory, Uppsala University, Uppsala, Sweden
• organization: Department of Immunotechnology; BioCARE: Biomarkers in Cancer Medicine improving Health Care, Education and Innovation
• publishing date: 2014
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Immunology in the medical area
• keywords: Antibodies, DNA methylation, Epigenetics, SOX11, Lymphoma
• defense location: Stora hörsalen at Ingvar Kamprad Designcentrum (IKDC), Sölvegatan 26, Lund University Faculty of Engineering, Lund
• defense date: 2014-05-23 09:15:00
• ISBN: 978-91-7623-002-2
• ISBN: 978-91-7623-001-5
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 0c11e464-b0db-40ab-880d-418205ae09ef (old id 4406834)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:21:56
• date last changed: 2020-09-07 10:53:48