The Wilms' tumor gene 1 (WT1) and leukemia -new insights and further complexity

Abstract

The Wilms tumor gene 1 (WT1) encodes a zinc-finger containing transcription factor which is highly expressed in immature hematopoietic progenitor cells. A high expression of WT1 and the presence of somatic mutations in acute leukemia indicate a role for WT1 in the pathogenesis of leukemia. The ojective of this thesis was to investigate the role of WT1 during human hematopoiesis and leukemia. To gain further insights in how wild type WT1 and mutant WT1 affect proliferation and differentiation of human hematopoietic progenitor cells, CD34+ progenitor cells from cord blood were transduced with wild type WT1 or with a mutant of WT1, lacking the entire zinc-finger region, thus incapable of binding DNA. In these experiments, WT1 but not mutant WT1 inhibited erythroid colony formation as well as erythroid differentiation in suspension cultures. Suprisingly, both WT1 and mutant WT1 were able to inhibit myeloid colony formation and stimulated myeloid differentiation of cells grown i suspension culture. These results suggest that the effects of WT1 are mediated by distinct molecular mechanisms that are both DNA-binding dependent and independent. To further characterize the DNA-binding dependent functions of WT1, a gene expression analysis of WT1-transduced CD34+ progenitor cells was performed to identify genes transcriptionally regulated by wild type WT1. We found that WT1 upregulated the expression of N-myc downstream regulated gene 2 (NDRG2) and downregulated interferon regulatory factor 8 (IRF-8). Using a bacterial II hybrid assay, we also identified cofilin 1 as a novel protein partner of WT1.



Our data also indicate that BCR/ABL1 induce expression of the WT1 gene via the phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K)/Akt signaling pathway in the leukemic cell line K562. Given our finding that WT1 downregulated the expression of IRF-8, we propose that WT1 is a link between BCR/ABL1 and IRF-8. This provide a mechanistic explanation for BCR/ABL1 induced repression of IRF-8 and a general mechanism by which high expression of WT1 can contribute to leukemogenesis.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Hematopoes är den process under vilken alla röda och vita blodceller i kroppen bildas. Denna process sker kontinuerligt i benmärgen och förser kroppen med blodceller under hela livet. I benmärgen finns en viss typ av omogna celler sk stamceller som alla olika typer av blodceller bildas ifrån. Genom att stamceller gradvis mognar så bildas mogna blodceller som transporteras ut i blodet för att utföra sina sysslor. Mogna blodceller har mycket specialiserade funktioner. De röda blodcellerna transporterar syre. De vita blodcellerna är viktiga för kroppens immunförsvar. Trombocyterna är livsviktiga för blodets förmåga att koagulera. För att det alltid ska finnas tillräckligt många blodceller i blodet så är utmognadsprocessen mycket väl reglerad. Den styrs främst av proteiner som kallas transkriptionsfaktorer. Transkriptionsfaktorerna reglerar vilka gener som skall aktiveras för att en viss typ av cell ska mogna ut.



Vid akut leukemi kan de hematopoetiska stamcellerna i benmärgen ej mogna ut på normalt sätt utan befinner sig i en så kallad utmognadssblockad. Detta leder till att man får en ansamling av omogna blodceller i benmärgen som trycker ner den normala blodbildningen. Till följd av denna brist på normala blodceller får man bla blodbrist och ett försvagat immunsystem. Det uppkomna tillståndet, akut leukemi, måste behandlas för att man inte ska dö.



Mognadsblockaden är ofta en följd av förändringar i transkriptionsfaktorernas funktion. En transkriptionsfaktor som tros ha betydelse vid utveckling av leukemi är Wilms? tumör gen 1 (WT1). I den normala hematopoesen uttrycks WT1 i tidiga stamceller men nedregleras i samband med utmognad av celler. Detta skulle kunna betyda att WT1 måste nedregleras för att utmognad av celler ska kunna ske. I nästan alla leukemier är WT1 mycket högt uttryckt, vilket skulle kunna förhindra utmognad. Man har även sett ett samband mellan höga WT1 nivåer och sämre prognos. Dessutom är WT1 muterat i 15% av fallen. Detta skulle kunna innebära att ett felaktigt protein bildas vilket kan bidra till utmognadsblockaden genom att proteinet får nya felaktiga funktioner eller bara inte kan göra samma uppgifter som det vanliga WT1.



Trots mycket forskning om WT1s funktion i leukemiutveckling, så vet man fortfarande väldigt lite. Detta beror bla på att man har fått fram delvis olika resultat i de olika undersökningarna. I vissa försök har WT1 hindrat utmognad av celler men i andra fall inte. Jag har arbetat med att försöka klarlägga vilken funktion WT1 har vid normal blodbildning och leukemi, vilket i framtiden förhoppningsvis skulle kunna leda fram till nya terapistrategier vid behandling av leukemi.



För att studera effekterna av WT1 och muterat WT1 protein i normal blodbildning så överuttrycktes dessa proteiner i stamceller. Det muterade WT1 protein som användes representerar en naturligt förekommande mutation som hittats i leukemipatienter. Denna mutation medför att WT1 proteinet saknar den del som kan bilda till DNA och på detta sätt aktivera andra gener. I dessa försök visade det sig att både WT1 och det muterade WT1, kunde minska tillväxten och stimulera utmognaden av de vita blodcellerna. Eftersom det muterade WT1 ej kan binda till DNA och aktivera gener, så tyder detta på att WT1 och muterat WT1 kan binda till andra proteiner som ger dessa effekter. De röda blodcellernas tillväxt minskades dock bara av WT1 och ej av muterat WT1 dvs dessa effekter verkar vara beroende av att WT1 kan binda till DNA för att aktivera vissa gener. Eftersom WT1s effekter verkar vara beroende av att dels kunna aktivera gener men också att binda till andra proteiner så var nästa steg att just försöka identifiera gener som WT1 reglerar samt leta efter proteiner som WT1 binder till. Jag hittade dels ett nytt protein, cofilin 1, som WT1 interagerade med och en gen, N-myc downstream regulated gene 2, som aktiverades av WT1. Jag har dock inte kunnat fastställa betydelsen av dessa fynd.



WT1 visade sig även minska genuttrycket av interferon regulatory factor 8 (IRF-8). Andra undersökningar har visat att om IRF-8 inte uttryckts i musstamceller, så utvecklar dessa möss kronisk myeloid leukemi (KML). BCR/ABL1 är ett annat protein som har visat sig vara betydelsefullt för utvecklingen av KML. Både tidigare och egna resultat visar att BCR/ABL1 även kan reglera WT1-uttrycket så att detta är högt i leukemicellerna. Dessa fynd tyckte jag var mycket intressanta och jag tror att det finns ett samband mellan dessa proteiner. Det skulle kunna vara så att BCR/ABL1 gör så att ett högt WT1 uttryck finns i leukemicellerna och WT1 trycker i sin tur ner uttrycket av IRF-8. Jag tror att detta samband bidrar till utvecklandet av leukemi och hoppas att dessa fynd i framtiden kan bidra till utveckling av nya behandlingsstrategier för leukemi.

• author: Svensson, Emelie
• supervisor: Urban Gullberg
• opponent: Professor Åman, Pierre, Lundberg Laboratory for Cancer Research, Gothenburg University, Sweden
• organization: Division of Hematology and Transfusion Medicine
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Hematology
• keywords: onkologi, cancer, Haematology, extracellular fluids, Hematologi, extracellulära vätskor, Cytologi, cancerology, oncology, Cytology, Medicin (människa och djur), Medicine (human and vertebrates), Cofilin 1, NDRG2, IRF-8, BCR/ABL1, hematopoiesis, Wilms´ tumor gene 1, leukemia
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• pages: 142 pages
• defense location: Fernströmssalen, BMC, Sölvegatan 19, Lund
• defense date: 2006-06-16 13:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 91-85559-03-2
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Emelie Svensson, Helena Eriksson, Christos Gekas, Tor Olofsson, Johan Richter and Urban Gullberg. 2005. DNA-binding dependent and independent functions of WT1 protein during human hematopoiesis. Experimental Cell Research, vol 308 pp 211-21.; Emelie Svensson, Karina Vidovic, Tor Olofsson, Johan Vallon-Christersson, Åke Borg and Urban Gullberg. . The Wilms’ tumor gene 1 induces expression of the Nmyc downstream-regulated gene 2 (NDRG2). (submitted); Emelie Svensson, Karin Vidovic, Åke Borg, Johan Vallon-Christersson, Tor Olofsson, Carin Lassen, Petra Håkansson, Thoas Fioretos and Urban Gullberg. . The oncogenic fusion protein BCR/ABL1 induces expression of Wilms’ tumor gene 1, which acts as a transcriptional repressor of interferon regulatory factor 8. (manuscript); Karina Vidovic, Emelie Svensson and Urban Gullberg. . Identification of cofilin 1 as a novel WT1 interacting protein. (manuscript)
• id: e3a5415e-9826-42af-93e0-f286340294e0 (old id 546992)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:22:19
• date last changed: 2019-05-21 21:51:32