Advanced

Transcriptional Regulation of HIF2A/EPAS1 in Neuroblastoma

Hamidian, Arash LU (2016) In Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series 2016:21.
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Cancer är den vanligaste dödsorsaken bland barn mellan 1–14 år i Sverige. Neuroblastom, som nästan uteslutande drabbar barn, är en aggressiv cancersjukdom som har sitt ursprung i det sympatiska (icke-viljestyrda) nervsystemet.



I frisk vävnad råder strikt balans mellan celldelning och celldöd, medan cancerceller kännetecknas av en ohämmad celldelning och minskad celldöd vilket efter en tid resulterar i en klump av cancerceller, d.v.s. en tumör. Allteftersom tumören tillväxer hamnar en del av tumörcellerna allt längre bort från de kringliggande blodkärl vilka förser tumören med syre och näring. Eftersom cancerceller, likt kroppens övriga celler, behöver syre för att växa medför... (More)
Popular Abstract in Swedish

Cancer är den vanligaste dödsorsaken bland barn mellan 1–14 år i Sverige. Neuroblastom, som nästan uteslutande drabbar barn, är en aggressiv cancersjukdom som har sitt ursprung i det sympatiska (icke-viljestyrda) nervsystemet.



I frisk vävnad råder strikt balans mellan celldelning och celldöd, medan cancerceller kännetecknas av en ohämmad celldelning och minskad celldöd vilket efter en tid resulterar i en klump av cancerceller, d.v.s. en tumör. Allteftersom tumören tillväxer hamnar en del av tumörcellerna allt längre bort från de kringliggande blodkärl vilka förser tumören med syre och näring. Eftersom cancerceller, likt kroppens övriga celler, behöver syre för att växa medför syrebristen en påfrestning för den växande tumören. Tumörcellerna har dock utvecklat effektiva mekanismer för att överleva och fortsätta växa när de utsätts för syrebrist, hypoxi.



Anpassningen, som till största del drivs med hjälp av två proteiner – Hypoxia- Inducible Factor; HIF-1α och HIF-2α – innebär dels att spara energi genom att bortprioritera energikrävande aktiviteter och dels att stimulera bildandet av nya blodkärl för att återigen förse alla tumörceller med syre och näringsämnen. Omsättningen av HIF-proteinerna regleras vanligtvis genom att de bryts ner i närvaro av syre och stabiliseras i frånvaro av syre (då de ska ansvara för anpassningen till den nya miljön).



Vår forskargrupp har i tidigare studier visat att HIF-2α proteinet överraskande nog även kan stabiliseras vid högre syretryck, och att neuroblastomceller i anslutning till blodkärl som bildar HIF-2α proteinet är extra omogna och därmed av aggressivare karaktär. För att kunna nyttja dessa fynd till att utveckla bättre behandlingsmetoder för barn med neuroblastom, har jag i detta avhandlingsarbete fokuserat på att kartlägga de molekylära mekanismer som kan tänkas ligga bakom detta egendomliga uttrycksmönster av HIF-2α proteinet.



I Artikel I visar vi hur HIF-2α proteinets uttryck kan påverkas redan på gennivå av tillväxtproteinet Insulin-like growth factor (IGF)-II som även detta uttrycks i höga mängder under hypoxi. Dessutom visar vi att uttrycket av HIF-2α och IGF-II är kopplat till ett väldigt tidigt fosterstadium (vecka 6,5) under utvecklingen av sympatiska nervsystemet, vilket antyder att felsteg under denna del av utvecklingen skulle kunna leda till uppkomsten av neuroblastom. I Artikel II gör vi en djupdykning för att kartlägga signalvägen via vilken IGF-II driver HIF-2α uttrycket på gennivå och identifierar en specifik väg inom PI3K-signaleringsvägen som drivande mekanism. I Artikel III utesluter vi möjliga stabilitetsmekanismer som kan vara orsak till de förhöjda HIF-2α RNA-nivåerna. I jakten på proteiner (transkriptionsfaktorer) som kan tänkas ligga bakom den process som kopierar HIF-2α genen till RNA, så identifierar vi estrogen-related receptor alpha (ERRα) som en kandidat. I Artikel IV använder vi oss av den nyutvecklade metoden enChIP som baseras på CRISPR/Cas9 teknologin för att isolera de regulatoriska elementen i HIF-2α genen samt identifierar proteiner som binder till dessa regioner under hypoxi.



Sammanfattningsvis kan nämnas att avhandlingen innehåller studier som kartlägger HIF-2α-proteinets reglering lite närmare i neuroblastomceller. Vi har specifikt kunnat visa att regleringsproteinet IGF-II kan driva HIF-2α uttryck och att dessa sam-uttrycks under fosterutveckling. Vidare har vi visat att HIF-2α regleras av IGF-II via PI3K-vägen samt identifierat transkriptionsfaktorn ERRα som en möjlig kandidat i regleringen av HIF-2α. Slutligen har vi med hjälp av nyutvecklad metodik identifierat en rad viktiga regleringsproteiner som är involverade HIF-2α-proteinets uttryck på gennivå. (Less)
Abstract
Neuroblastoma is a childhood tumor of the developing sympathetic nervous system (SNS) and is the most

commonly diagnosed form of cancer in children before one year of age. Although survival curves have improved for these patients during the past decades, the conventional regimen of neuroblastoma treatment has clearly reached a plateau of efficiency with regard to increasing the survival rates of high-risk children.



In a subset of peri-vascularly located immature neural crest-like neuroblastoma cells, aggressiveness and growth promoting charasteristics have been reported to be instigated by HIF-2α, a key element of the oxygen-sensing machinery.



We herein, report that in spite of what the... (More)
Neuroblastoma is a childhood tumor of the developing sympathetic nervous system (SNS) and is the most

commonly diagnosed form of cancer in children before one year of age. Although survival curves have improved for these patients during the past decades, the conventional regimen of neuroblastoma treatment has clearly reached a plateau of efficiency with regard to increasing the survival rates of high-risk children.



In a subset of peri-vascularly located immature neural crest-like neuroblastoma cells, aggressiveness and growth promoting charasteristics have been reported to be instigated by HIF-2α, a key element of the oxygen-sensing machinery.



We herein, report that in spite of what the current paradigm recognizes, HIF-2α is transcriptionally regulated at hypoxia by the insulin-like growth factor II (IGF-II) via the PI3K-mTORC2 axis independent of Akt-mTORC1 signaling. In addition, expression of IGF-II and HIF-2α correlates in neuroblastoma cell lines, tumors and in sympathetic neuroblasts during embryonic week 6.5, but not later, suggesting that these IGF-II and HIF-2α expressing neuroblastomas originate from sympathetic pre-ganglia at developmental week 6.5 or earlier.



We establish that IGF-II-induced HIF2A/EPAS1 expression during hypoxia is due to de novo transcription and

further present the estrogen-related receptor alpha (ERRα) transcription factor as a positive regulator of HIF2A.

Using the novel CRISPR/Cas9-based enChIP technology in combination with SILAC-MS, we have isolated and identified potential regulatory proteins bound to the HIF2A promoter at normoxia and hypoxia.



In summary, we have identified, and at the molecular level characterized, signaling pathways and specific factors through which oncogenic HIF2A activity is regulated and may be targeted. As high HIF-2α expression is associated with disseminated neuroblastoma disease and neural crest-like phenotype, these new findings hold promise for targeting this subset of aggressive neuroblastoma cells. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Speleman, Frank, Center for Medical Genetics, Universiteit Ghent, Ghent, Belgium
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
HIF-2α, enChIP, ESRRA, mTORC2, IGF-II, Hypoxia, Cancer, PI3K, Transcription, Neuroblastoma
in
Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
volume
2016:21
pages
148 pages
publisher
Division of Translational Cancer Research
defense location
Building 302 Lecture hall, Medicon Village, Lund
defense date
2016-03-04 09:15
ISSN
1652-8220
ISBN
978-91-7619-247-4
language
English
LU publication?
yes
id
f434352f-48dd-4ca3-8239-1fd3cdc0ff05 (old id 8572352)
date added to LUP
2016-02-10 09:41:55
date last changed
2016-09-19 08:44:49
@phdthesis{f434352f-48dd-4ca3-8239-1fd3cdc0ff05,
  abstract     = {Neuroblastoma is a childhood tumor of the developing sympathetic nervous system (SNS) and is the most<br/><br>
commonly diagnosed form of cancer in children before one year of age. Although survival curves have improved for these patients during the past decades, the conventional regimen of neuroblastoma treatment has clearly reached a plateau of efficiency with regard to increasing the survival rates of high-risk children.<br/><br>
<br/><br>
In a subset of peri-vascularly located immature neural crest-like neuroblastoma cells, aggressiveness and growth promoting charasteristics have been reported to be instigated by HIF-2α, a key element of the oxygen-sensing machinery.<br/><br>
<br/><br>
We herein, report that in spite of what the current paradigm recognizes, HIF-2α is transcriptionally regulated at hypoxia by the insulin-like growth factor II (IGF-II) via the PI3K-mTORC2 axis independent of Akt-mTORC1 signaling. In addition, expression of IGF-II and HIF-2α correlates in neuroblastoma cell lines, tumors and in sympathetic neuroblasts during embryonic week 6.5, but not later, suggesting that these IGF-II and HIF-2α expressing neuroblastomas originate from sympathetic pre-ganglia at developmental week 6.5 or earlier.<br/><br>
<br/><br>
We establish that IGF-II-induced HIF2A/EPAS1 expression during hypoxia is due to de novo transcription and<br/><br>
further present the estrogen-related receptor alpha (ERRα) transcription factor as a positive regulator of HIF2A.<br/><br>
Using the novel CRISPR/Cas9-based enChIP technology in combination with SILAC-MS, we have isolated and identified potential regulatory proteins bound to the HIF2A promoter at normoxia and hypoxia.<br/><br>
<br/><br>
In summary, we have identified, and at the molecular level characterized, signaling pathways and specific factors through which oncogenic HIF2A activity is regulated and may be targeted. As high HIF-2α expression is associated with disseminated neuroblastoma disease and neural crest-like phenotype, these new findings hold promise for targeting this subset of aggressive neuroblastoma cells.},
  author       = {Hamidian, Arash},
  isbn         = {978-91-7619-247-4},
  issn         = {1652-8220},
  keyword      = {HIF-2α,enChIP,ESRRA,mTORC2,IGF-II,Hypoxia,Cancer,PI3K,Transcription,Neuroblastoma},
  language     = {eng},
  pages        = {148},
  publisher    = {Division of Translational Cancer Research},
  school       = {Lund University},
  series       = {Lund University, Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series},
  title        = {Transcriptional Regulation of HIF2A/EPAS1 in Neuroblastoma},
  volume       = {2016:21},
  year         = {2016},
}