Characterisation of the leukaemia-associated ETO homologues

Abstract

Acute myeloid leukemia (AML) is commonly associated with balanced chromosomal translocations. Characteristically, these translocations lead to the fusion of two unrelated genes, resulting in the expression of an aberrant fusion protein. t(8;21) is one of the most common translocations found in patients with AML. It results in the expression of the chimeric protein AML1-ETO. AML1 is a transcription factor of crucial importance during hematopoiesis. The function of the fusion partner eight-twenty-one (ETO) is much less understood. The aim of this thesis was to characterise ETO and its two homologues, myeloid translocation gene 16 (MTG16) and myeloid translocation gene related protein 1 (MTGR1), to elucidate their role in normal and disregulated hematopoiesis. We studied the interaction patterns of the ETO homologues as well as their expression pattern in hematopoietic cells. We also examined the consequences of upregulation or downregulation of the proteins. We found that all the ETO homologues as well as AML1-ETO can interact with each other as determined by IP-Western experiments. We also found that the ETO homologues, but not AML1-ETO can bind to the corepressor SIN3B. The proposed interactions of the ETO homologues might have implications for the onset of leukaemia, since it opens up for an AML1-ETO mediated disturbance of ETO homologue function as well as a regulation of AML1-ETO function by the ETO homologues.



Examination of the expression patterns of ETO homologues in hematopoetic cells show that the expression of ETO is restricted to erythroid cells, suggesting a role for ETO in erythropoiesis. MTG16 and MTGR1 are ubiquitously expressed in hematopoietic cells. However, the expression of MTG16 decresases during erythroid and granulocytic differentiation, suggesting a role for MTG16 in early hematopoiesis. Furthermore, the differential expression of the ETO homologues in hematopoetic cells implies a specific function for each protein in hematopoiesis. Attempts to knock-down MTG16 show a discrepancy between RNA levels and protein levels,which could propose a mechanism to keep the expression of MTG16 constant. Finally, overexpression experiments indicate a role for ETO in proliferation and apoptosis.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Cellerna i blodet har en rad skilda funktioner, såsom att transportera syre, levra blodet vid behov eller att på olika sätt delta i vårt immunförsvar. Alla blodets celler härstammar från en s k stamcell som har förmåga att genom en rad förändringar mogna ut till vilken typ av cell som helst i blodsystemet. Leukemi är en sjukdom som drabbar blodet och som uppstår p g a att en omogen cell börjar att föröka sig kraftigt och på så sätt tar överhanden. Detta leder till en brist på mogna celler och följaktligen till blödningar, blodbrist och ökad infektionskänslighet.



Man har funnit att leukemi ofta uppstår p g a en s k translokation: genom ett fel som uppstår när cellerna delar sig, kan två kromosomdelar byta plats med varandra. Ofta leder en sådan translokation till att två gener som egentligen inte har med varandra att göra, länkas samman. Följden blir att ett onormalt protein uttrycks, där ena delen härstammar från ett protein och den andra delen från ett helt annat protein. Ett av dessa onormala proteiner heter AML1-ETO och det uttrycks relativt ofta i cancercellerna hos patienter med leukemi. Man vet att AML1, som utgör den ena delen av det onormala proteinet, under normala förhållanden har en viktig funktion för utmognaden av cellerna i blodet. Däremot vet man inte så mycket om vad ETO, den andra delen, har för normal funktion. Jag har i mitt arbete studerat den proteinfamilj som ETO tillhör och som består av sammanlagt tre proteiner: ETO, MTG16 och MTGR1. Min uppgift har varit att göra olika experiment som kan leda till att vi bättre förstår hur de här proteinerna fungerar i cellerna. En ökad förståelse av deras funktion kan också leda till en ökad förståelse för vilken roll AML1-ETO spelar vid uppkomsten av leukemi.



En av de studier vi gjorde var att undersöka om de olika proteinerna i ETO- proteinfamiljen kan binda till varandra. Genom att undersöka parvisa kombinationer, dels av de tre proteinerna inbördes och dels av dessa och AML 1-ETO, kunde vi visa att de alla kan binda till varandra. Dock användes ett system där man uttrycker väldigt stora mängder av proteinerna jämfört med de mängder som uttrycks i normala celler. Vi har alltså visat att proteinerna i ETO-familjen kan binda till varandra, men inte att de verkligen gör det i sin naturliga miljö. Om de faktiskt gör det, finns möjligheten att de samverkar i cellerna. Dessutom kan AML1-ETO, genom att binda till ETO-proteinerna, på olika sätt störa deras normala funktion och det kan bidra till uppkomsten av leukemi.



I en annan studie undersöktes uttrycket av ETO-proteinerna i olika typer av blodceller. Vi fann att ETO uttrycks endast i erytropoesen, dvs den utmognadslinjen som bildar de syretransporterande röda blodkropparna. Det kan tyda på en roll för ETO vid utmognaden av röda blodkroppar. Vi fann att MTG16 och MTGR1 uttrycks även i andra typer av blodceller. MTG16, minskar i mängd i takt med att cellerna mognar ut. Det skulle kunna innebära att MTG16 spelar en roll i de tidiga omogna blodcellerna, men att det måste minska i mängd för att utmognad ska ske.



Man tror att ETO-proteinerna har en funktion vid avstängningen av vissa gener. Det tror man därför att de har visats binda till andra proteiner som man vet stänger av gener. I den tredje studien vi gjorde kunde vi visa att ETO-proteinerna binder till ytterligare en genhämmare. Den bindningen har inte visats tidigare. Även här är det oklart om denna bindning sker i normala celler. Om så är fallet, öppnar det möjligheten för en ytterligare komplexitet i kompositionen av genhämmande proteinkomplex.



I den sista studien försökte vi att öka eller minska uttrycket av ETO-proteinerna för att på så sätt få information om deras påverkan på cellerna. När vi försökte öka uttrycket av ETO visade det sig att cellerna växte långsammare eller att de dog. Det kan tyda på att ETO spelar en roll vid celldelning och celldöd. Man vet att även AML1-ETO paradoxalt nog kan påverka celler till att dela sig långsammare och att dö snabbare Det är motsägelsefullt med tanke på att cancerceller delar sig snabbt och har en bättre överlevnad än normala celler. Våra studier tyder på att ETO är ansvarigt för de här egenskaperna hos AML1-ETO.



Studierna i den här avhandlingen bidrar med en kantbit till det stora pussel som förklarar hur AML1-ETO verkar vid uppkomsten av leukemi. Förhoppningen är att bilden i framtiden ska bli tydligare så att effektivare behandlingsmetoder kan utvecklas.

• author: Rondin Lindberg, Sofia
• supervisor: Inge Olsson
• opponent: Docent Jernberg Wiklund, Helena, Department of Genetics and Pathology, Uppsala University, Sweden
• organization: Division of Hematology and Transfusion Medicine
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Hematology
• keywords: extracellular fluids, Haematology, SIN3B, corepressor, MTGR1, MTG16, ETO, AML1-ETO, AML, haematopoiesis, leukaemia, Hematologi, extracellulära vätskor
• pages: 154 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neurocentrum, BMC, Sölvegatan 17, Lund
• defense date: 2006-10-27 09:00:00
• ISBN: 91-85559-38-5
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: SR Lindberg, A Olsson, A-M Persson and I Olsson. 2003. Interactions between the leukaemia-associated ETO homologues of nuclear repressor proteins. Eur J Haematol, vol 71 pp 439-447.; SR Lindberg, A Olsson, A-M Persson and I Olsson. 2005. The leukemia-associated ETO homologues are differently expressed during hematopoietic differentiation. Exp Hematol, vol 33 pp 189-198.; RS Dhanda, SR Lindberg and I Olsson. . Human SIN3B forms a nucleolar complex with the leukemia-associated ETO homologues. (submitted); SR Lindberg, A-M Persson and I Olsson. . Upregulation and downregulation of the leukemia-associated ETO family of corepressors. (manuscript)
• id: f379aea6-84dc-49b1-b05a-0ff398335e4a (old id 547344)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:19:09
• date last changed: 2018-11-21 20:40:28