title: Interaktionspartner von PLZF/RARalpha und ihr Einfluss auf die Entwicklung akuter Promyelozytenleukämie
title: PLZF/RARalpha binding partners and their influence on the induction of acute promyelocytic leukaemia
Creators: name: Frech, Miriam
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: differentiation block
acute promyelocytic leukaemia
Naturwissenschaften
Akute myeloische Leukämie
Chromosomenaberration
Translokation
high molecular weight complex
Leukämie

description: Die akute promyeloische Leukämie
      (APL) ist eine Unterform der AML und entsteht durch
      chromosomale Translokationen des rarα-Gens auf Chromosom 17.
      Am häufigsten sind die Translokationen t(15;17) und t(11;17),
      die zur Expression der Fusionsproteine PML/RARα (98%) und
      PLZF/RARα (1%) (X-RARα) führen. Die APL ist durch eine
      aberrante Selbsterneuerung der hämatopoetischen Stammzellen
      und einen Differenzierungsblock der myeloischen
      Vorläuferzellen charakterisiert. Die X-RARα bilden zusammen
      mit ihren Proteininteraktionspartnern
      Hochmolekulargewichtskomplexe, die für ihr leukämogenes
      Potential essentiell sind. Ziel der Arbeit war die
      Validierung von PLZF/RARα-Bindungspartnern und die
      Charakterisierung ihres leukämogenen Potentials. IT-gestützte
      Signalweganalysen von 20 potentiellen
      PLZF/RARα-Bindungspartnern zeigten eine Assoziation mit der
      Regulation von Actin, c-Fos und Erk1/2. VASP, TFII-I und
      PI4KIIα wurden für weitere Studien ausgewählt, da sie an der
      Regulation dieser Proteine direkt beteiligt sind.
      Interaktionsexperimente konnten die Bindung von PLZF/RARα mit
      allen drei Proteinen bestätigen. Die Interaktionen erfolgen
      dabei über die RARα-Untereinheit. Die Expression von
      PLZF/RARα verursachte die Dephosphorylierung des
      Aktin-assoziierten Phosphoproteins VASP und damit seine
      Delokalisierung innerhalb des Cytoplasmas. Die
      Hypophosphorylierung von VASP ist vermutlich mit der
      proteasomalen Degradation der Kinasen PKA und/oder PKG
      verknüpft. Die Behandlung mit dem APL-Therapeutikum
      all-trans-Retinsäure (ATRA) erzielte die Rephosphorylierung
      von VASP in PLZF/RARα-exprimierenden Zellen. Im Fall des
      Transkriptionsfaktors TFII-I zeigten
      Immunofluoreszenzanalysen eine Co-Lokalisierung mit dem
      Fusionsprotein im Nukleus. Analysen von TFII-I-Zielgene
      ergaben eine Deregulation der Genexpression in Anwesenheit
      der X-RARα-Proteine. TFII-I scheint von PML/RARα sequestriert
      zu werden, da die Behandlung mit ATRA in fast allen Fällen
      die normale Expression der TFII-I-Zielgene wieder herstellte.
      Weitere Studien demonstrierten, dass beide X-RARα-Proteine
      eine Überexpression des wichtigen TFII-I Zielgens c-fos
      verursachen. C-fos ist ein Protoonkogen und Bestandteil der
      AP-1-Transkriptionsfaktoren. PLZF/RARα verursachte zudem die
      Translokation der Lipidkinase PI4KIIα vom Cytoplasma in den
      Nukleus, was zu ihrer Co-Lokalisierung führt. Vorbekannt war,
      dass eine Überexpression der PI4KIIα zur Überproduktion von
      PI(4)P führt und den MEK/Erk-Signalweg induziert, während die
      Expression von PLZF/RARα die Kinaseaktivität reduziert.
      Weitere Analysen zeigten, dass dies die Inaktivierung von
      Erk1/2 bewirkt. Die Behandlung mit ATRA reaktivierte Erk1/2
      in PML/RARα-exprimierenden und Kontroll-Zellen, aber nicht in
      den ATRA-resistenten PLZF/RARα-exprimierenden Zellen.
      Differenzierungsexperimente mit primären murinen
      hämatopoetischen Vorläuferzellen zeigten zudem, dass die
      PI4KIIα essenziell für die myeloische Differenzierung ist.
      Die Überexpression der PI4KIIα ist alleine jedoch nicht in
      der Lage, den PLZF/RARα-assoziierten Differenzierungsblock zu
      lösen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass
      PLZF/RARα seine Bindungspartner in ihrer normalen zellulären
      Funktion inhibiert und damit zur Entwicklung der APL
      beiträgt. Es konnten neue Markerproteine und Signalwege der
      APL identifiziert und validiert werden. Diese stellen
      potenzielle Behandlungsziele dar, deren weitere Erforschung
      zu einer verbesserten Therapie der schwer behandelbaren
      PLZF/RARα-assoziierten APL führen könnte.
description: The acute promyelocytic leukaemia
      (APL) accounts for 10% of the adult AML patients. APL
      patients carry chromosomal translocations involving the rarα
      gene on chromosome 17. The most frequent translocations lead
      to the expression of the fusion proteins PML/RARα (98%;
      t(15;17)) and PLZF/RARα (1%; t(11;17)) (X-RARα). The APL is
      characterised by a differentiation block at the promyelocytic
      stage and leads to an increased amount of myeloid blasts in
      the bone marrow and in the peripheral blood. Both X-RARα
      fusion proteins build high molecular weight (HMW) complexes,
      which are essential to excert the leukaemic potential. The
      purpose of this work was to validate and analyse binding
      partners of the PLZF/RARα fusion protein for their leukaemic
      potential. IT-based pathway analyses of 20 putative PLZF/RARα
      binding partners revealed the central proteins actin, c-Fos
      and Erk1/2. VASP, TFII-I and PI4KIIα were selected for
      further studies, due to their direct influence on the
      proteins mentioned above. The interaction studies validated
      the binding of PLZF/RARα with all three proteins: VASP,
      TFII-I and PI4KIIα. The binding occurs in all cases mainly
      through the RARα portion. The PLZF/RARα expression causes the
      dephosphorylation of the actin-associated phosphoprotein
      VASP, which leads to its cellular delocalisation. The
      hypophosphorylation of VASP is probably connected with the
      proteasomal degradation of the kinases PKA and/or PKG.
      Treatment with the standard APL therapeutic all-trans
      retinoic acid (ATRA) reestablished VASP phosphorylation in
      PLZF/RARα -expressing cells. The leukaemic fusion protein
      co-localised with the transcription factor TFII-I in the
      nucleus. Furthermore, the expression of both X-RARα fusion
      proteins causes the deregulation of TFII-I target genes.
      TFII-I is at least sequestered by PML/RARα, since ATRA
      treatment reverts in nearly all cases the aberrant expression
      of the TFII-I target genes. Additionally, the important
      TFII-I target gene c-fos, which is an protooncogene and part
      of the AP-1 transcription factor family was overexpressed in
      the presence of the X-RARα proteins. Moreover, PLZF/RARα
      caused the translocation of the lipid kinase PI4KIIα to the
      nucleus, leading to their co-localisation. It was shown
      before that PI4KIIα overexpression leads to an increased
      synthesis of PI(4)P and the subsequent induction of Erk1/2,
      while the expression of PLZF/RARα inhibits PI4KIIα activity.
      Further analyses showed that the sequestration of the kinase
      resulted in the inactivation of Erk1/2. ATRA treatment
      induced Erk1/2 activation in control and PML/RARα -expressing
      cells, but not in the ATRA-resistent PLZF/RARα -expressing
      cells. Differentiation experiments in murine haematopoietic
      progenitor cells showed that PI4KIIα expression is essential
      for the myeloid differentiation. However, the overexpression
      of PI4KIIα in PLZF/RARα -expressing cells alone could not
      overcome the differentiation block. In summary, the PLZF/RARα
      fusion protein disturbs the normal activity and functionality
      of its interaction partners, which contributes to the
      development of APL. New APL marker proteins and pathways were
      identified and validated. These marker proteins represent
      putative therapeutic targets. Further examinations could lead
      to an improved treatment of patients with the
      PLZF/RARα-associated APL.