Studying the role of the fusion protein MLL-AF4 inleukemogenesis with the help of siRNAs

Abstract

Chromosomal aberrations giving rise to fusion genes are observed for many different leukemias. The chromosomal translocation t(4;11) marks an infant acute lymphoblastic leukemia associated with a particularly poor prognosis. To define the role of one of the corresponding fusion transcripts, MLL-AF4, in leukemogenesis more precisely, an RNAi approach was applied to inhibit the expression of this oncogene in leukemic cells. RNAi is a cellular process leading to the enzymatic cleavage and breakdown of mRNA. Exogenously added synthetic siRNAs were shown to act as very potent and sequence-specific agents to silence gene expression, demonstrating their great potential not only for the analysis of gene function but also for gene-specific therapeutic approaches. In this work I show that depletion of MLL-AF4 inhibits clonogenicity and proliferation, induces apoptosis in t(4;11)-positive leukemic cells and compromises their engraftment in a severe combined immunodeficiency (SCID) mouse xenotransplantation model. Furthermore, suppression of MLL-AF4 is associated with the decrease of telomerase activity in t(4;11) cells, which, in turn, is caused by the downregulation of the hTERT expression. Studies of the methylation status of hTERT promoter revealed that MLL-AF4 interferes with the genomic DNA methylation process. Thus, along with the significant phenotypical changes mediated by MLL-AF4 siRNA, direct targets and executors of MLL-AF4-mediated leukemogenesis were identified. Targeted inhibition of MLL-AF4 fusion gene expression may lead to an effective and highly specific treatment of this therapy-resistant leukemia.

Chromosomale Veränderungen, die für die Entstehung von Fusionsgenen verantwortlich sind, sind häufig beobachtete Phänomene bei Leukämien. Die chromosomale Translokation t(4;11) ist ein Merkmal für eine akute lymphoblastische Leukämie bei Säuglingen mit sehr schlechter Prognose. Für die Definierung der Rolle des entsprechenden Fusionsgens MLL-AF4 wurde die Technik der RNA-Interferenz benutzt, um die Expression dieses Gens in den leukämischen Zellen zu inhibieren. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine Reduktion des MLL-AF4 Spiegels die leukämische Klonogenizität und Proliferation vermindert und die Apoptoserate von t(4;11)-positiven Zellen erhöht. Zusätzlich verhindert die siRNA-Behandlung die Etablierung einer Leukämie durch MLL-AF4-positive Zellen in einem SCID-Mausmodell. Ausserdem führt die Unterdrückung von MLL-AF4 zu einer Abnahme der Telomeraseaktivität, was wiederum auf einer Inhibierung der TERT-Expression beruht. Die Untersuchung des Methylierungsstatuses des TERT Promoters hat gezeigt, dass MLL-AF4 bei der Methylierung genomischer DNA eine wichtige Rolle spielt. In diesem Zusammenhang, wurden auch mit HOXA7, HOXA9 und MEIS1 Zielgene und Exekutoren von MLL-AF4 identifiziert. Die gezielte Hemmung der MLL-AF4 Expression kann zur effektiven und hoch-spezifischen Behandlung dieser bislang therapieresistenten Leukämie führen. Die spezifische RNAi-vermittelte Abschaltung der Gene, die nur in den Leukämiezellen vorkommen und nicht in normalen Körperzellen, könnte eine attraktive Ergänzung der Chemotherapie werden.