Functional studies of Wilms’ tumor gene 1 (WT1) in hematopoiesis and leukemia

Abstract

Wilms’ tumor gene 1 (WT1) is a zinc-finger transcription factor that is involved in the development of urogenital organs and mesothelial tissues. It was initially identified as a tumor suppressor gene, based on the observation that somatic inactivation of the gene predispose for development of the pediatric kidney cancer Wilms’ tumor. A role for WT1 in hematopoiesis was suggested based on the fact that WT1 is highly expressed in immature hematopoietic progenitor cells, followed by a rapid downregulation during differentiation. Also, overexpression of WT1 and presence of somatic mutations are frequently found in acute leukemia, indicating that WT1 may be involved in the pathogenesis of leukemia. The aim of this thesis was to bring further light on the role of WT1 in normal hematopoiesis and leukemia. To this end, I expressed different forms of WT1 in leukemic cell lines and normal CD34+ hematopoietic progenitor cells and studied their impact on proliferation, differentiation and viability. I show that a constitutive expression of WT1 in the monoblastic cell line U937 lead to impairment of differentiation, whereas a high expression of WT1 in erythroleukemic K562 cells is compatible with differentiation. I also demonstrate that a forced expression of WT1 in normal hematopietic progenitor cells conferred inhibition of both myeloid and erythroid clonogenic growth and enhancement of myeloid differentiation. Furthermore, my data indicate that WT1 affects proliferation and differentiation in erythroid and myeloid cells by distinct molecular mechanisms that are not exclusively based on direct transcriptional regulation by WT1.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Wilms tumör gen 1 (WT1) i normal blodbildning och vid akut leukemi



Blodet innehåller en mängd olika celltyper som var och en har sin specifika funktion. De röda blodkropparna transporterar syre till kroppens alla vävnader, de vita blodkropparna skyddar mot olika typer av infektioner och blodplättarna är viktiga för blodkoagulering och sårläkning. Eftersom de mogna blodcellerna har en begränsad och ofta ganska kort livslängd krävs en ständig nyproduktion. Varje dag produceras 1000 000 000 000 nya blodceller från ett fåtal blodstamceller i benmärgen. Stamcellerna är omogna celler som genom celldelning och mognad har förmågan att ge upphov till alla celltyper i blodet. När blodcellerna har mognat ut och fått sina slutliga funktioner upphör de att dela sig och transporteras ut i blod och vävnader där de utför sina specifika uppgifter. Denna gradvisa mognad av blodceller kallas differentiering. Vilken celltyp en viss cell ska mogna ut till styrs bl.a. av transkriptionsfaktorerna, en familj av proteiner som är lokaliserade inne i cellen. Transkriptionsfaktorerna styr vilka av cellens gener som ska aktiveras vid ett visst givet tillfälle. Leukemi är ett samlingsnamn på en grupp närbesläktade cancersjukdomar, vars ursprung kan härledas till de omogna blodcellerna i benmärgen. Vid akut leukemi ansamlas i benmärgen blodceller utan förmåga att mogna ut till funktionsdugliga blodceller. Eftersom leukemicellerna inte mognar ut och slutligen dör som normala mogna blodceller gör, blir de så småningom så många att de nästan fyller ut hela benmärgen, och därmed påverkas den normala blodbildningen. Symtomen vid akut leukemi beror därför framförallt på att det blir brist på normala mogna blodceller. Uppkomsten av akut leukemi beror ofta på att funktionerna av en rad olika transkriptionsfaktorer som styr normal blodbildning är förändrade. Mina studier har fokuserat på transkriptionsfaktorn Wilms tumör gen (WT1) och dess roll i normal blodbildning och vid akut leukemi. Vid normal blodbildning finns det ett samband mellan halten WT1 i blodcellen och dess mognadsgrad. Blodstamceller innehåller höga halter WT1, medan mogna blodceller helt saknar detta protein. Detta skulle antyda att nedreglering av WT1 är nödvändig för att blodcellerna ska kunna mogna. Leukemiceller innehåller liksom blodstamcellerna höga nivåer WT1. Det är möjligt att de höga halterna av WT1 i leukemicellerna hindrar blodcellerna att mogna och därmed bidrar till uppkomsten av mognadsblockaden vid akut leukemi. För att testa denna hypotes förde jag in WT1 i blodcell-linjer, leukemiceller som växer oavbrutet i näringslösning, och studerade hur detta påverkade cellernas förmåga att mogna. Resultatet visade att WT1 kan blockera mognaden, åtminstone av vissa blodcell-linjer, vilket alltså stödjer tanken att höga halter av WT1 i leukemiceller skulle kunna vara en bidragande orsak till uppkomsten av akut leukemi. I nästa serie av experiment studerade jag vad WT1 har för roll vid normal blodbildning. För detta ändamål använde jag blodstamceller som renades fram från navelsträngsblod. Jag förde in WT1 i dessa celler och studerade sedan hur detta påverkade mognad och tillväxt. I motsats till WT1s roll i blodcell-linjer visade jag här att celler som innehåller WT1 mognade ut bättre jämfört med celler som saknade WT1. Dessutom växte celler som innehöll WT1 mycket sämre. Hur kan höga halter av ett protein som framkallar mognad och dessutom bromsar tillväxten av normala blodstamceller ge upphov till akut leukemi? En möjlig förklaring är att WT1s normala funktion har blivit utslagen i blodstamcellen som därav omvandlas till en leukemicell, dvs en cell som mognar dåligt och delar sig snabbt. Vad som stödjer denna teori är att man i 15% av fallen av akut leukemi hittar sådana mutationer i genen som kodar för WT1 proteinet. I den sista fasen av mitt avhandlingsarbete studerade jag funktionssättet för hur WT1 utövar sina effekter på normal blodbildning. Jag fann att WT1 bromsar tillväxten av vita respektive röda blodceller på olika sätt. Mitt arbete bidrar till ökad kunskap om WT1s komplexa roll i normal blodbildning och vid akut leukemi. Denna ökade kunskap skulle i framtiden kunna medverka till utvecklingen av nya behandlingsstrategier för akut leukemi.

• author: Svedberg, Helena
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Öberg, Fredrik, Institutionen för genetik och patologi, Akademiska sjukhuset, Uppsala
• organization: Division of Hematology and Transfusion Medicine
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Hematology
• keywords: extracellular fluids, Haematology, K562, U937, CD34+, leukemia, WT1, hematopoiesis, Hematologi, extracellulära vätskor
• pages: 120 pages
• defense location: GK-salen, BMC, Lund
• defense date: 2002-03-15 13:00:00
• ISBN: 91-628-5139-X
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I. Svedberg, H., Chylicki, K., Baldetorp B., Rauscher, F III., Gullberg, U.: Constitutive expression of Wilms’ tumor gene (WT1) in the leukemic cell line U937 blocks parts of the differentiation program. Oncogene 16:925, 1998 Article: II. Svedberg, H., Chylicki, K., Gullberg, U.: Downregulation of Wilms’ tumor gene (WT1) is not a prerequisite for erythroid or megakaryocytic differentiation of the leukemic cell line K562. Experimental Hematology, 27:1057, 1999 Article: III. Svedberg, H., Richter, J., Gullberg, U.: Forced expression of the Wilms Tumor 1 (WT1) gene inhibits proliferation of human hematopoietic CD34+ progenitor cells. Leukemia 15:1914, 2001 Article: IV. Svedberg, H., Gekas, C., Svensson, E., Richter, J., Gullberg, U.: WT1-mediated inhibition of erythroid, but not myeloid, colony formation from human hematopoietic progenitor cells is dependent on the zinc-finger domain. Manuscript
• id: a3fd3d35-fbf7-46cc-9afb-1ab824de6ded (old id 464347)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:06:29
• date last changed: 2018-11-21 21:02:42