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SOX11 transcription factor functional analysis in aggressive MCL

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Universitat de Barcelona. Facultat de Medicina

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[spa]  El linfoma de células del manto (LCM) es un subtipo agresivo de linfoma non Hodgkin asociado a un mal pronóstico y recaídas frecuentes. Recientemente, el factor de transcripción neuronal SOX11 se ha identificado como un marcador muy específico de LCM. SOX11 se encuentra sobreexpresado constantemente en todos los LCM agresivos y en niveles más bajos en un subgrupo de Burkitt linfoma (BL) y leucemia linfoblástica aguda (LLA) aunque no en otros neoplasmas linfoides. SOX11 se encontró exclusivamente sobreexpresado en LMC convencionales y totalmente ausente en células linfoides normales o en pacientes LMC con un curso clínico indolente y una supervivencia prolongada. Aunque la función de SOX11 y sus genes potenciales dianas aún se desconocen, su elevada expresión específica en LCM sugiere que puede ser un elemento importante en la progresión y desarrollo de este tumor. Se han obtenidos dos publicaciones de los estudios que componen esta tesis. En el primer artículo hemos estudiado los mecanismos moleculares responsables de la expresión aberrante de SOX11 en LCM agresivo. El artículo I proporciona una caracterización exhaustiva de los mecanismos epigenéticos que conducen a la desregulación de SOX11 en estas neoplasias linfoides. En general se observó una significativa correlación inversa entre la metilación del promotor de SOX11 y la expresión de dicho gen. Sin embargo, en muchas muestras (células madre embrionarias, ESC, o adultas, células B normales y algunos LCM indolentes, leucemia linfática crónica y linfoma folicular) la expresión de SOX11 se vió reprimida a pesar de su estado no metilado. Estos hallazgos nos sugieren que la expresión de SOX11 no depende exclusivamente del estado de metilación del ADN del gen y nos llevó a estudiar mecanismos epigenéticos alternativos. Hemos observado que la expresión de SOX11 se asocia con la presencia de marcas de activación de las histonas (H3K9/14Ac y H3K4me3) en las células madre embrionarias y algunas neoplasias de células B agresivas. Por el contrario, en las muestras que no expresan SOX11, incluidas las células madre adultas, las células hematopoyéticas normales y diversas neoplasias linfoides, se observó que el promotor de SOX11 mostraba un enriquecimiento en las marcas de silenciamiento H3K9me2 y H3K27me3. El silenciamiento de SOX11 en líneas celulares fue revertido por el inhibidor de la histona deacetilasa (SAHA) pero no por el inhibidor de la ADN metiltransferasa (AZA). Estos datos indican que, como SOX11 no se expresa en las células linfoides normales, no metiladas, lo más probable es que la hipermetilación del ADN en algunos tumores sin expresión de SOX11 sea funcionalmente inerte, y podría estar asociada con la reducción de la plasticidad epigenética en células tumorales. También observamos que la expresión de novo de SOX11 se asocia con las neoplasias linfoides agresivas como el LCM, algunos subtipos de B-LLA y algunos casos de BL siendo este efecto mediado por un “switch” entre inactivación y activación de las modificaciones de las histonas. Además, como SOX11 se expresa fuertemente en las ESC, los datos sugieren que la expresión de SOX11 podría estar asociada con la adquisición de características de la cromatina similares a la de las células madre. En el artículo II nos hemos centrado en identificar las posibles funciones biológicas de SOX11 en LCM. Combinando análisis de microarray de immunopecipitación de cromatina y perfil de expresión diferencial después de silenciar SOX11, hemos identificado genes dianas y programas transcriptionales regulados por SOX11, incluyendo el bloqueo de la diferenciación de la célula B madura, la modulación de ciclo celular, apoptosis y desarrollo de célula madre. PAX5 destacó como uno de los genes diana directos de SOX11 más significativo. El silenciamiento de SOX11 downregula PAX5, induce la expresión de BLIMP1 y promueve el cambio de fenotipo de célula B madura a la diferenciación inicial plasmacítica, tanto en células tumorales primarias de LCM como en un modelo en vitro. Nuestros resultados sugieren que SOX11 contribuye al desarrollo tumoral mediante la modulación del programa de diferenciación terminal de célula B en LCM. Además, hemos demostrado la habilidad tumorigénica de SOX11 en vivo mediante un modelo de xenotrasplante de LCM en ratones CB17-SCID. La reducción significativa del crecimiento tumoral de las células con expresión de SOX11 silenciada comparada con el crecimiento de células de LCM con elevados niveles de expresión de SOX11 de los xenotrasplantes, demuestra la implicación de la expresión de SOX11 en el comportamiento agresivo de este linfoma. En conclusión, nuestros resultados demuestran que SOX11 puede actuar como oncogén en LCM.

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[eng]  Mantle cell lymphoma (MCL) is an aggressive subtype of non-Hodgkin lymphomas associated with poor prognosis and frequent relapses. Recently, the neuronal transcription factor SOX11 has been identified as a very specific biomarker for MCL. SOX11 is constantly overexpressed in virtually all aggressive MCLs, and at lower levels in a subgroup of Burkitt lymphoma and acute lymphoblastic leukemia but not in other lymphoid neoplasms. SOX11 was found exclusively overexpressed in conventional MCL and totally absent in normal lymphoid cells or in MCL patients with indolent clinical course and prolonged survival. Although SOX11 function and potential target genes in lymphoid cells are poorly known, the highly specific expression in aggressive MCL suggests that it may be an important element in the development and progression of this tumor. Two publications resulted from our studies and compose this thesis. In paper I, we have studied the molecular mechanisms leading to the aberrant expression of SOX11 in aggressive MCL. MCL is one of the lymphoid neoplasms with highest number of genetic aberrations but none involving the SOX11 genomic region at chromosome 2p25. As no chromosomal changes affecting SOX11 locus were identified in MCL, we hypothesized that epigenetic events could lead to SOX11 aberrant overexpression. We performed a comprehensive SOX11 gene expression and epigenetic studies. We observed that SOX11 expression was associated with unmehtylated DNA and presence of activating histone marks (H3K9/14Ac and H3K4me3) in embryonic stem cells and some aggressive B-cell neoplasms, including MCL. Conversely, the loss of SOX11 expression in adult stem cells, normal hematopoietic cells and other lymphoid neoplasms was associated with the presence of silencing histone marks H3K9me2 and H3K27me3 with or without simultaneous DNA methylation. We concluded that the pathogenic role of SOX11 is associated with its de novo expression in some aggressive lymphoid malignancies, which is mediated by a shift from inactivating to activating histone modifications. In paper II, we have focused on uncovering putative biological functions of SOX11 in aggressive MCL. Using chromatin immunoprecipitation microarray analysis combined with gene expression profiling upon SOX11 knockdown, we identified target genes and transcriptional programs regulated by SOX11 including the block of mature B-cell differentiation, modulation of cell cycle, apoptosis, and stem cell development. PAX5 stood out as one of the major SOX11 direct target genes. SOX11 silencing downregulates PAX5, induces BLIMP1 expression, and promotes the shift from a mature B-cell into the initial plasmacytic differentiation phenotype in both MCL primary tumor cells and an in vitro model. Our results suggested that SOX11 contributes to tumor development by altering the terminal B-cell differentiation program of MCL cells. Moreover, we have demonstrated the tumorigenic ability of SOX11 in vivo, using a xenotransplant model of MCL in CB17-SCID mice. The significant reduction on tumor growth of the SOX11-silenced cells compared to the growth of control MCL cells in the xenograft experiments highlighted the implication of SOX11 expression in the aggressive behavior of this lymphoma. Overall our results demonstrated that SOX11 can act as oncogene in MCL.

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SOX11 transcription factor functional analysis in aggressive MCL