THE NUP98-NSD1 FUSION GENE IN ACUTE MYELOID LEUKEMIA

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5129-2
Title: THE NUP98-NSD1 FUSION GENE IN ACUTE MYELOID LEUKEMIA
Author: Kivioja, Jarno
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Programme in Integrative Life Science
University of Helsinki, Institute for Molecular Medicine Finland (FIMM)
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019-05-31
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5129-2
http://hdl.handle.net/10138/301606
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The objective of this thesis was to facilitate molecular detection and treatment of acute myeloid leukemia (AML) patients with recurrent t(5;11)(q35;p15.4) translocation, which joins nucleoporin 98 (NUP98) and nuclear receptor binding SET-domain protein 1 (NSD1) genes together. These patients suffer from a malignant disease with highly unfavorable prognosis and no evidence regarding efficient therapeutic options. In study I, we investigated NUP98-NSD1 transcript variants from AML patients with t(5;11) to facilitate its molecular detection from newly diagnosed AML patients and post-treatment samples. We focused on this topic since, comparably to many AML-defining translocations, the detection of t(5;11) relies on accurate molecular screening methods. This translocation cannot be captured using conventional cytogenetic methods (G-banding) due to its subtelomeric localization and small size. Moreover, potential for alternative fusion transcripts may complicate detection and quantification of NUP98-NSD1. In this study, we discovered three chimeric NUP98-NSD1 transcripts from an index patient, which were later validated from two additional patients. The transcripts harbored two alternative fusion junctions joining NUP98 exon 11 as well as exon 12 to NSD1 exon 6, alternative 5’ donor site of NUP98 exon 7, and skipping of NSD1 exon 7. Intriguingly, residual levels of the previously unknown fusion gene between NUP98 exon 11 and NSD1 exon 6 was found to increase in two patients during disease progression. In study II, our aim was to identify novel, more efficient, and less toxic small-molecule inhibitors for the treatment of NUP98-NSD1+ AML using high-throughput drug sensitivity and resistance testing together with RNA sequencing. By screening over 300 anti-cancer drugs on patient cells and experimentally generated mouse cell models, we found that multikinase inhibitor dasatinib and pan-BCL-2 inhibitor navitoclax effectively and specifically target BM MNCs expressing NUP98-NSD1 and FLT3-ITD. In combinatorial drug screens, strong synergistic interactions were found between dasatinib and navitoclax. Gene expression analysis revealed up-regulation of genes encoding for targets of dasatinib and navitoclax, LCK, FGR, and BCL2A1. Furthermore, we discovered that NUP98-NSD1+/FLT3-ITD+ BM MNCs are highly resistant to topoisomerase II inhibitors such as mitoxantrone. It remains to be investigated whether replacing topoisomerase II inhibitors with dasatinib and navitoclax in AML induction therapy could lead to improvements in long-term survival in patients with NUP98-NSD1 and concomitant FLT3-ITD.Akuutti myelooinen leukemia (AML) on veritauti, joka aiheutuu erilaistumattomien myeloidilinjan kantasolujen hallitsemattomasta jakaantumisesta luuytimessä. Potilaiden hoitovasteissa ja kliinisessä taudinkuvassa on suurta vaihtelua johtuen geneettisestä heterogeenisyydestä. Taudin taustalla on useita geenimuutoksia, joita voidaan hyödyntää prognostisessa luokittelussa, jäännöstautianalyysissa sekä hoitopäätöksien teossa. Yksi näistä muutoksista on translokaatio t(5;11)(q35;p15.4)/NUP98-NSD1, joka löytyy noin 2%:lla aikuisista ja 16%:lla lapsista joilla on sytogeneettisesti normaali AML. Heistä jopa 90% kantaa FLT3-ITD mutaatiota ennustaen huonoa kemoterapiavastetta yhdessä NUP98-NSD1:n kanssa. Mekanistisesti NUP98-NSD1 pysäyttää solujen erilaistumisen estämällä HOX-AB geenien hiljentämisen. Subtelomeerialueen sijainnista johtuen t(5;11) translokaatiota ei voida tunnistaa rutiini sytogenetiikalla. Ensimmäisessä osaprojektissa pyrimme edistämään t(5;11):n molekyylitason monitorointia tutkimalla NUP98-NSD1:n RNA-juosteita. Löysimme indeksipotilaalta kolme erilaista NUP98-NSD1 juostetta, jotka sisälsivät fuusion NUP98 eksoni 12 ja NSD1 eksoni 6:n välillä sekä aiemmin AML:ssä tuntemattoman fuusion NUP98 eksoni 11 ja NSD1 eksoni 6:n välillä. Lisäksi löysimme uusia vaihtoehtoisesti silmukoituja alueita molemmista geeneistä. Löydetyt variantit löytyivät jatkoanalyysissä kaikilta t(5;11)+ AML-potilailta. NUP98 eksoni 11 ja NSD1 eksoni 6 liittävän juosteen suhteellinen osuus lisääntyi kahdella potilaalla taudin edetessä. Tulostemme perusteella harvinaisemman juosteen tunnistavien alukkeiden lisääminen diagnostisiin testeihin voisi edistää t(5;11) translokaation tunnistamista ja jäännöstautianalyysin tarkkuutta. Toisessa osaprojektissa päämääränä oli löytää tehokkaampia lääkkeitä NUP98-NSD1+ potilaille analysoimalla yli 300 syöpälääkkeen vaikutuksia ja niihin mahdollisesti liittyviä geeniekspressio muutoksia potilaiden ja terveiden luovuttajien luuydinsoluissa sekä kokeellisissa solumalleissa. Löysimme, että tyrosiinikinaasiestäjä dasatinib ja BCL-2 estäjä navitoklaksi tuhoaa täsmällisesti NUP98-NSD1+/FLT3-ITD+ syöpäsoluja yksin sekä yhdessä. Lääkeyhdistelmäkokeissa dasatinibin ja navitoklaksi väliltä löydettiin myös suuria synergia-arvoja. NUP98-NSD1+/FLT3-ITD+ AML solut yli-ilmensivät dasatinibin ja navitoklaksin kohdemolekyylejä LCK, FGR ja BCL2A1. Lisäksi löysimme, että NUP98-NSD1+/FLT3-ITD+ AML-solut ovat resistenttejä topoisomeraasi II estäjille. Löytöjen perusteella näiden potilaiden induktiossa topoisomeraasi II estäjien korvaaminen täsmälääkkeillä kuten dasatinib tai navitoklaksi voisi edistää hoitoennustetta.
Subject: Lääketieteen bioteknologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
THENUP98.pdf 2.404Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record