Bij acute myeloïde leukemie spelen niet alleen bepaalde genmutaties een rol, maar ook veranderingen in de regulerende regio’s voor deze genen. Bioinformaticus dr. Roger Mulet Lázaro (Erasmus MC) promoveerde in januari op onderzoek naar verschillende vormen van epigenetische disregulatie.
Tekst: Diana de Veld
Zes jaar geleden verhuisde hij van Spanje naar Nederland. ‘Eerst werkte ik als research assistant bij de afdeling Hematologie van het Erasmus MC; na een jaar begon ik aan mijn promotieonderzoek’, vertelt dr. Roger Mulet Lázaro. Tijdens zijn promotie richtte hij zich op acute myeloïde leukemie (AML). ‘Het Erasmus MC beschikt via de HOVON over een biobank met veel patiëntmateriaal. Dat was voor mij ook een van de redenen om hier mijn promotieonderzoek te willen doen; elders ben je vaak aangewezen op cellijnen.’
Translocaties in regulerende regio’s
Van oudsher focust het genetisch onderzoek naar AML en andere vormen van kanker vooral op genmutaties in het DNA. ‘Voor leukemie zijn veel genmutaties bekend, zoals NPM1, FLT3, enzovoorts. Maar er is veel evidence dat ook veranderingen in de regulerende regio’s voor deze genen invloed hebben op het ontstaan van AML. Die regio’s bepalen tenslotte de expressie van bepaalde genen’, legt Mulet uit. ‘Zo publiceerde mijn promotor, moleculair bioloog prof. dr. Ruud Delwel, in 2014 in Cell dat bij AML soms een enhancer van het gen GATA2 getransloceerd is naar het gen EVI1. Deze 3,3-translocatie [t(3;3)] leidt tot overexpressie van EVI1. Tegelijkertijd verliest het originele GATA2-gen zijn expressie. Dat samen leidt tot AML.’ Ongeveer 1-2% van de AML-patiënten heeft zo’n t(3,3).
Enhancer hijacking
In zijn eigen onderzoek richtte Mulet zich op soortgelijk processen. ‘We keken naar andere AML-gerelateerde translocaties waarbij EVI1 betrokken is, zoals t(2,3), t(3,7), t(3,6), t(3,8), enzovoorts. Kunnen die via een soortgelijk mechanisme werken?’ Met genexpressietesten bleek dat EVI1 inderdaad ook hoog tot expressie kwam bij zulke translocaties. ‘Daarop voerden we DNA-sequencing uit om de precieze breekpunten te lokaliseren. We zagen dat er in alle gevallen vlakbij het breekpunt een enhancer zat die actief was in hematopoïetische stamcellen. Daaruit concludeerden we dat bij al deze translocaties inderdaad hetzelfde mechanisme speelt: een enhancer die de expressie van EVI1 verhoogt. Je kunt dan spreken van enhancer hijacking door EVI1.’ Van de totale AML-patiëntengroep vertoont 8% EVI1-overexpressie, wat wijst op een zeer slechte prognose. ‘Met de onderzochte translocaties kunnen we in totaal 3 procentpunt van die overexpressie verklaren’, merkt Mulet op.
Therapie gericht op enhancers?
Om het causale mechanisme te bevestigen, voerde de promovendus samen met dr. Sophie Ottema een CRISPR-CAS-studie uit waarin ze in AML-cellijnen DNA-breuken introduceerden op een locatie waarop de breuk zich bij veel patiënten bevindt. Zo induceerden ze bij (een deel van de) cellen een 3,8-translocatie. ‘Die bevindt zich vlakbij een enhancer van het MYC-gen’, vertelt de onderzoeker. ‘We zagen dat de EVI1-expressie bij deze cellen door de enhancer hijacking sterk omhoog ging.’ Verder inzoomen toonde aan dat CTCF-bindplaatsen in de enhancer-regio hierbij een cruciale rol spelen. Hoewel de bioinformaticus zich vooral met fundamenteel onderzoek bezighoudt, ziet hij wel aangrijpingspunten voor nieuwe therapieën tegen AML met verhoogde EVI1-expressie. ‘Idealiter richt je je pijlen op EVI1, aangezien dat de driver is achter de ziekte. Maar dat is lastig, er zijn daarvoor geen stoffen beschikbaar. Er bestaan echter al wél stoffen waarmee je de enhancers die EVI1-expressie sturen kunt aanpakken.’
MYB-remmers
Een vervolgonderzoek richtte zich op de vraag of er een verschil is tussen de werking van de enhancer op de translocatieplek en op de originele locatie. ‘Het antwoord luidt: ja’, vertelt Mulet. ‘Er is een transcriptiefactor, MYB, die veel sterker bindt aan het getransloceerde allel op EVI1 dan aan het allel op de originele locatie op GATA2.’ Hier ziet de onderzoeker wel potentie voor nieuwe therapieën. ‘Er bestaan al MYB-remmers, al zijn ze nog niet in de kliniek in gebruik. Als je die MYB-remmers aan de cellen geeft, dan verliezen ze hun EVI1-expressie terwijl GATA2 er maar weinig onder lijdt. Dit zou een interessant aanknopingspunt voor doelgerichte behandeling kunnen zijn’, verwacht Mulet.
Allel-specifieke regulering GATA2
Naast enhancer hijacking richtte de onderzoeker zich ook op andere voorbeelden van epigenetische disregulatie. ‘We besloten om onbevooroordeeld te zoeken naar gedisreguleerde genen. Dat deden we door het DNA en RNA van 200 AML’s te sequencen’, vertelt hij. ‘We gebruikten hiervoor de allel-specifieke expressie: is de expressie van het gen door het ene allel sterker dan bij het andere allel? De twee allelen konden we onderscheiden door te kijken naar polymorfismen/SNP’s die verschillen tussen de varianten van het gen afkomstig van de moeder en van de vader.’ Tot hun grote verrassing bleek GATA2 bij meer dan 50% van de AML’s allel-specifiek gereguleerd te zijn. ‘Terwijl we dus onbevooroordeeld zochten, en zónder dat er bij deze patiënten sprake was van een translocatie of iets anders dat dit fenomeen kon verklaren’, constateert Mulet. De onderzoekers vonden ook disregulatie van andere genen, maar veel minder frequent. Daarom focusten ze op GATA2 allel-specifieke expressie. ‘We zochten of we misschien een link konden leggen met specifieke mutaties. Daarbij ontdekten we dat de twee allelen van GATA2 vooral verschilden in expressie bij patiënten met een CEBPA-dubbelmutatie, een vaak voorkomende mutatie bij AML. Bijna alle AML’s met zo’n mutatie vertoonden allel-specifieke GATA2-expressie.’
Hypermethylatie
Patiënten met een CEBPA-dubbelmutatie hebben vaak ook een GATA2-mutatie. ‘En bij deze patiënten bleek juist het gemuteerde allel van het GATA2-gen tot expressie te komen’, zegt de onderzoeker. ‘De epigenetische disregulatie lijkt deze genmutatie dus te bekrachtigen.’ Tot slot ontdekten de onderzoekers ook dat hypermethylatie van de promotor van GATA2 de drijvende kracht is achter de allel-specifieke expressie van GATA2. ‘Hoe deze hypermethylatie ontstaat, weten we nog niet.’ In de bevindingen op het gebied van disregulatie van GATA2 ziet Mulet geen directe aanknopingspunten voor nieuwe behandelingen. ‘Er bestaan wel demethyliserende medicijnen, azacitidine bijvoorbeeld. Maar of dat van nut zou kunnen om dit specifieke GATA2-mechanisme te targeten? Dat is wel erg speculatief.’
Sequencen bij hoge EVI1-expressie
Zijn er nog andere klinische implicaties van zijn onderzoek die relevant zijn voor de lezers van Hemato-oncologie? ‘We hebben gezien dat alle AML’s met hoge EVI1-expressie zich op dezelfde manier gedragen, ongeacht welke translocatie er speelt’, antwoordt hij. ‘We denken daarom dat deze patiënten ook allemaal op dezelfde manier behandeld moeten worden.’ Daarnaast kan hij zich voorstellen dat het zinvol is om DNA-sequencing of ten minste FISH uit te voeren in geval van hoge EVI1-expressie. ‘In de meeste gevallen vind je dan een translocatie, ook al kwam die niet naar voren uit het karyotype. Om kosten te besparen hoef je overigens geen genoomwijde sequencing uit te voeren: het gaat alleen om de region of interest.’
Voor de bioinformaticus is na zijn promotie een nieuwe fase aangebroken. ‘Ik werk in ieder geval nog een aantal maanden bij het Erasmus MC om lopende projecten af te ronden’, zegt hij. ‘Daarna wil ik elders als postdoc aan de slag, liefst in Europa. Misschien in Duitsland.’
Samenvatting
- Bij alle AML-gerelateerde translocaties waarbij EVI1 betrokken is, is sprake van enhancer hijacking door EVI1
- Patiënten met hoge EVI1-expressie moeten daarom op eenzelfde manier behandeld worden, ongeacht al dan niet aangetoonde translocaties
- GATA2 is bij meer dan 50% van de AML’s allel-specifiek gereguleerd
- Een GATA2-mutatie gaat vaak samen met een CEBPA-dubbelmutatie, waardoor juist het gemuteerde GATA2-allel tot expressie komt
Bioinformaticus dr. R. (Roger) Mulet Lázaro (Erasmus MC) promoveerde op 19 januari 2023 op zijn proefschrift getiteld ’Epigenetic Regulation in Normal and Malignant Hematopoiesis‘. Promotor was moleculair bioloog prof. dr. Ruud Delwel, copromotor was internist-hematoloog dr. Bas Wouters (beiden Erasmus MC).
Verschenen in Hemato-oncologie, april 2023