On the role of the fusion protein DEK-NUP214 in leukemogenesis

Abstract

The t(6;9) translocation is found in a subset of patients with acute myeloid leukemia (AML) and is associated with a poor prognosis. The translocation results in the formation of the DEK-NUP214 fusion protein containing almost the entire nuclear protein DEK and two thirds of the nucleoporin NUP214. The molecular mechanisms behind the leukemic conversion of cells expressing the fusion protein DEK-NUP214 have not yet been elucidated. We have identified that cells expressing DEK-NUP214 show increased protein synthesis and proproliferative effects of DEK and DEK-NUP214 have been discovered. In addition, the effect of DEK-NUP214 is independent of transcriptional activity or transactivational capacity. By bioinformatics analysis, using a publicly available dataset of patients with AML, we could also confirm the altered translational control in those patients carrying the t(6;9) translocation. By sequence analysis of DEK-NUP214, a consensus-binding motif for the eukaryotic initiation factor 4E (eIF?E) was revealed. The eIF4E protein is considered the most important factor during translational initiation as well as being crucial for nucleocytoplasmic export of specific transcript important for cell proliferation, differentiation and apoptosis. We have identified a direct interaction between DEK-NUP214 and eIF4E, indicating a link between the functions of eIF4E and the dysregulated mRNA translation caused by DEK-NUP214. Furthermore, we suggest that the increased protein synthesis caused by DEK-NUP214 is the result of dysregulated nucleocytoplasmic functions of eIF4E based on interaction studies, overexpression of the negative regulator of eIF4E, the proline-rich homeodomain protein (PRH), and treatment with leptomycin B. Moreover, we have also discovered a myeloid specificity of the effect on protein synthesis caused by DEK-NUP214, concordant with the tissue-specific expression pattern of PRH, suggesting a cell context specific regulation of the functions of eIF4E. In conclusion, we have revealed the first dysregulated cellular mechanism caused by the leukemia-associated fusion protein DEK-NUP214 in myeloid cells. Altered mRNA translation is strongly implicated in tumorigenesis and is likely to be involved in the malignant transformation of DEK-NUP214 expressing cells. The increasing availability of substances interfering with translational regulation could lead to altered and improved therapy of AML patient with the t(6;9) translocation.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Blodet har en viktig funktion i kroppen. Blodet bildas i den röda benmärgen och består av olika typer av celler med olika specialiserade funktioner, varav många livsnödvändiga. De röda blodkropparna transporterar syre till alla våra kroppsdelar så att våra muskler fungerar och vi orkar gå och springa och så att vår hjärna kan arbeta. De vita blodkropparna hjälper oss att bekämpa infektioner och bilda antikroppar. Blodplättarna bidrar till att blodet koagulerar då en skada uppkommer. Alla blodceller bildas från blodstamceller i benmärgen. Då den normala blodbildningen förändras anhopas många omogna och ej fungerande blodceller i benmärgen. Då utmognaden av vita blodkroppar störs uppkommer sjukdomen leukemi, blodcancer. De omogna vita blodkropparna hindrar nybildningen av de normala vita blodkropparna som behövs för vårt försvar mot virus och bakterier. Orsaken till uppkomsten av leukemi varierar men beror ofta på en genetisk förändring i en blodstamcell. Denna förändring leder till att cellens normala funktion tas ur spel och cellen får nya egenskaper som innebär att dess förmåga att dela sig och mogna ut och få sina specialiserade funktioner upphör. De genetiska förändringar som är inblandade i uppkomsten av leukemi är bland annat mutationer vilket innebär att DNA koden i cellen blir felavläst eller att två kromosomer byter material med varandra och skapar en kromosomtranslokation vilket kan leda till att ett onormalt protein kan bildas i cellen.



Leukemi är en elakartad sjukdom som drabbar många varje år. Numera är prognosen för en del leukemipatienter relativt god. Många botas men fortfarande har många dålig prognos. Vi har i vårt arbete fokuserat på en kromosomtranslokation mellan kromosom 6 och 9 som har identifierats hos ett fåtal leukemipatienter. Den leder till en ovanlig och mycket elakartad form av leukemi som särskilt drabbar yngre. Kromosomtranslokationen leder till att ett nytt protein bildas i celler genom en sammanslagning, en fusion, mellan två normala proteiner som finns i cellen. Detta fusionsprotein kallas DEK-NUP214.



Målet med vårt arbete har varit att försöka hitta en orsak till varför blodcellerna som innehåller DEK-NUP214 blir cancerceller. Idag vet man mycket lite om hur detta fusionsprotein påverkar cellen. Vi startade med att karakterisera uttrycket av det normala proteinet DEK som är ett av proteinerna i fusionen. Vi fann då att DEK uttrycktes i alla typer av blodceller och att detta uttryck kunde kopplas till hur snabbt cellen delar sig dvs prolifererar. Dessutom upptäckte vi att uttrycket av DEK reducerades under cellens utmognad. För att undersöka om kopplingen mellan DEK och proliferation var en indirekt effekt, uttryckte vi DEK och DEK-NUP214 i olika leukemiska cellinjer men också i normala stamceller. Vi upptäckte då att både DEK och DEK-NUP214 gav cellerna proproliferativa fördelar dvs cellerna delade sig snabbare. Vi fann dessutom att celler som uttrycker DEK-NUP214 har en ökad proteinsyntes, också kallad mRNA translation, dvs produktion av proteiner. Denna egenskap kunde däremot inte återfinnas hos celler som uttryckte höga nivåer av DEK vilket tydde på möjliga nyvunna egenskaper hos fusionproteinet. Ökad proteinsyntes kan resultera i förhöjd nivå av proteiner som reglerar celldelning och utmognad men också celldöd. Då dessa funktioner inte fungerar normalt kan cellens egna kontrollmekanismer sättas ur spel och leda till ohämmad tillväxt av förändrade och elakartade celler. Dessutom fann vi att ett mycket viktigt protein i cellen, eIF4E, spelar en viktig roll i den ökade proteinsyntesen i dessa celler. Via eIF4E så kan DEK-NUP214 förändra cellens egna reglerande signaler som ska kontrollera att proteiner uttrycks vid rätt tillfälle och i rätt mängd. På senare tid har vikten av förändrad mRNA translation vid canceruppkomst fått ökad uppmärksamhet. Felaktig reglering av proteiner involverade i den normala kontrollen av mRNA translation har sammankopplats med uppkomsten av ett flertal tumörsjukdomar. Därför är identifieringen av en ökad mRNA translation i celler som uttrycker DEK-NUP214 av stort intresse och kan utgöra grunden till att dessa celler får maligna egenskaper.



Vårt fynd av ökad proteinsyntes vid uttryck av fusionsproteinet DEK-NUP214 skulle kunna påverka valet av behandlingsform genom användandet av ett flertal existerande läkemedel för reglering av proteinproduktion och leda till en förändrad och förbättrad behandling för patienter med denna typ av svår leukemi.

• author: Ageberg, Malin
• supervisor: Urban Gullberg; Anders Lindmark
• opponent: Associate Professor Jönsson, Jan-Ingvar, Ph D
• organization: Division of Hematology and Transfusion Medicine; Hematology-lup-obsolete (research group)
• publishing date: 2007
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Hematology
• keywords: mRNA translation, Medicin (människa och djur), fusion gene, Medicine (human and vertebrates), leukemia
• in: Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2007:159
• pages: 138 pages
• defense location: Wallenberg Neurocentrum, BMC, Segerfalksalen, Klinikg 17
• defense date: 2007-11-30 13:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-85897-37-7
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 11e6132e-8a4e-4d64-a092-dbef237fa37a (old id 599327)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:53:49
• date last changed: 2019-05-21 14:16:47