Integrative Chromatin Profiling in Mature B cell Lymphomas: Biological and Clinical Insights

Abstract

[eng] The DNA molecule carries all the genetic information necessary for the development of living organisms. DNA is compacted in nucleus of human cells, wrapped around the nucleosome, a core of proteins called histones. The organization of the nucleosomes along the DNA molecules and the post translational modifications that histones may have, can influence gene expression. Study of epigenetic marks, such as DNA accessibility and histone modifications, can expand our knowledge on the biology of certain diseases such as lymphomas. In this doctoral thesis, different histone marks, chromatin accessibility and transcriptomics have been integrated to characterize the role of the chromatin modulation in the biology of mantle cell lymphoma (MCL) and Richter transformation (RT) of chronic lymphocytic leukaemia (CLL). I initially generated 10 MCL reference epigenomes that include six histone modifications, chromatin accessibility and gene expression (Study 1). An integrative analysis of these epigenomic layers revealed an MCL-specific chromatin signature as compared to normal B cells. The de novo active regulatory regions identified were linked to a set of genes related to cell development and activation. The two described MCL subtypes, conventional (cMCL) and the leukemic non-nodal MCL (nnMCL), show biological, genetic, transcriptomic, and clinical differences. I observed that they also present differences at the chromatin level. The analysis of cMCL specific regulatory regions revealed an enrichment in specific transcription factor families responsible for transcription regulation of genes involved in proliferation and carcinogenesis (i.e. Krüppel-related, ETS-related, BHLH-ZIP, Jun-related, E2F, and CEBP-related TF families). On the contrary, nnMCL did not show major changes in chromatin activation as compared to cMCL, showing relatively minor differences to normal B cells. Moreover, I identified that the different levels of chromatin activation among cMCL samples are related to clinical behaviour, with more activation associated with shorter overall survival (Study 2). Furthermore, chromatin analyses were integrated with genome and transcriptome to characterized Richter transformation (RT), an aggressive evolution of CLL into an aggressive large B cell lymphoma. We found small subclones carrying genomic, and transcriptomic features of RT cells already at CLL diagnosis, which were dormant for up to 19 years before transformation. We also identified new driver alterations and discovered a new mutational signature (SBS-RT). Analysing the chromatin landscape, I identified patterns of both chromatin activation (H3K27ac) and chromatin accessibility (ATAC-seq) unique for RT. Integration of epigenetics and transcriptomics revealed an oxidative phosphorylation (OXPHOS)high–B cell receptor (BCR)low-signalling transcriptional axis in RT, which has potential therapeutic implications (Study 3). In summary, this doctoral thesis provides significant insights into the role of the chromatin landscape in the biology of mature B cell lymphomas, showing that chromatin activation is linked to disease aggressiveness.

[spa] La molécula de ADN contiene toda la información necesaria para el desarrollo de los organismos vivos. El ADN se encuentra compactado en el núcleo de las células humanas, envuelto alrededor del nucleosoma, un complejo de proteínas llamadas histonas. La organización de los nucleosomas a lo largo de la molécula de ADN y las modificaciones postraduccionales que las histonas pueden tener, pueden afectar a la expresión génica. El estudio de marcas epigenéticas, como la accesibilidad del ADN y las modificaciones de histonas, pueden aumentar el conocimiento de la biología de determinadas enfermedades como por ejemplo los linfomas. En esta tesis doctoral he integrado las marcas de histonas, la accesibilidad de la cromatina y la transcriptómica para caracterizar el papel de la modulación de la cromatina en la biología del linfoma de células del manto (LCM) y la transformación de Richter (TR) en la leucemia linfocítica crónica (LLC). Inicialmente, generé un total de 10 epigenomas de referencia de LCM que incluyen seis marcas de histonas diferentes, accesibilidad de la cromatina y expresión génica (Estudio 1). La integración de estas marcas epigenéticas y su análisis reveló una firma de cromatina específica del LCM comparado con las células B normales. Las regiones reguladoras activas de novo identificadas se vincularon a un conjunto de genes relacionados con el desarrollo y la activación celular. Los dos subtipos descritos de LCM, el convencional (c-LCM) y el indolente no-nodal (nn-LCM) presentan diferencias a nivel biológico, genético, transcriptómico y clínico. Además, observé que también presentan diferencias a nivel de cromatina. El análisis de las regiones reguladoras específica de c- LCM reveló un enriquecimiento en familias de factores de transcripción responsables de la regulación de la expresión de genes implicados en la proliferación celular y la carcinogénesis (i. e. familias Krüppel, ETS, BHLH-ZIP, Jun, E2F y CEBP). Por el contrario, el subgrupo de nn-LCM no mostró grandes cambios en la cromatina comparado con los c- LCM y mostró menos diferencias en comparación con las células B normales. Además, identifiqué que los diferentes niveles de activación de la cromatina entre las muestras de c-LCM están relacionados con el comportamiento clínico, y una mayor activación se asocia con una supervivencia general más corta (Estudio 2). Por otro lado, integré el análisis de la cromatina con datos genómicos y transcriptómicos para caracterizar la transformación de Richter (TR), una evolución agresiva de LLC hacia un linfoma agresivo de células B. Así encontramos pequeños subclones que en el momento del diagnóstico de LCC ya tenían características genéticas y transcriptómicas propias de la TR. Estos subclones permanecían inactivos hasta 19 años antes de la transformación. También identificamos nuevas mutaciones genéticas y una nueva firma mutacional (SBS-RT). Con el análisis de la cromatina, identifiqué patrones únicos en la TR tanto en la activación de la cromatina (H3K27ac) como en la accesibilidad (ATAC-seq). La integración de la epigenética y la transcriptómica reveló que la TR presenta un eje transcripcional caracterizado por una fosforilación oxidativa alta y una señalización a través del receptor de células B baja (OXPHOShigh–BCRlow) con posibles implicaciones terapéuticas (Estudio 3). En resumen, esta tesis doctoral proporciona información importante sobre el papel de la cromatina en la biología de los linfomas de células B maduras, y muestra que la activación de la cromatina está relacionada con la agresividad de la enfermedad.