The role of PAX5 fusion genes in childhood acute lymphoblastic leukemia

Abstract

PAX5, ein potenter Transkriptionsfaktor, der die Entwicklung von B-Zellen kontrolliert, ist in der B-Zell-Vorläufer Leukämie eines der am häufigsten durch Mutationen betroffenen Gene. Diese Mutationen umfassen Deletionen, Punktmutationen und Genrearrangements, die zur Expression von Fusionstranskripten, welche für chimäre Proteine kodieren, führen.<br />Wir und andere konnten zeigen, dass die Inzidenz von PAX5 Fusionen in der B-Zell-Leukämie des Kindesalters bei 2-3 % liegt. Darüber hinaus haben wir sechs der bislang 16 beschriebenen PAX5 Fusionspartner identifiziert, welche unter anderem Transkriptionsfaktoren, Strukturproteine und Kinasen umfassen. Trotz der Vielfalt der Partnerproteine weisen die Chimären mit dem Erhalt der DNA-Bindungsdomäne von PAX5 eine Gemeinsamkeit auf. Daher stellen diese Fusionsproteine potentiell abnorme Transkriptionsfaktoren, die eine antagonistische Wirkung zur normalen Funktion von PAX5 haben, dar.<br />In dieser Arbeit wurden die biochemischen Eigenschaften und Funktionen einiger PAX5 Fusionsproteine analysiert. Diese Untersuchungen zeigten, dass PAX5-Chimären Gemeinsamkeiten aufweisen: Diese sind im Nukleus lokalisiert und haben die Fähigkeit, an spezifische PAX5-regulierte DNA Elemente zu binden. Zudem enthalten manche der PAX5 Fusionspartner Domänen, die zur Oligomerisierung der chimären Proteine führen.<br />Bemerkenswerterweise konnten einige der untersuchten PAX5 Fusionsproteine PAX5-spezifische Reportergene aktivieren. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zur vorherrschenden Ansicht, dass alle PAX5 Fusionsproteine eine trans-dominante Wirkung haben.<br />Da es in Krebszellen häufig zu einer konstitutiven Aktivierung des JAK-STAT Signaltransduktionsweges kommt, galt der PAX5 Fusion mit der Tyrosinkinase JAK2 spezielles Interesse. Obwohl diese wie alle anderen PAX5 Fusionen im Kern lokalisiert ist, löst PAX5-JAK2 diese Signalkaskade aus, jedoch allem Anschein nach nicht über den kanonischen Weg. Ferner konnte gezeigt werden, dass derzeit in klinischen Studien befindliche JAK2-Inhibitoren, die Kinaseaktivität blockieren können und daher könnten Patienten mit PAX5-JAK2 positiver Leukämie von einer zielgerichteten Therapie profitieren.<br />Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass PAX5 Fusionen abhängig von den jeweiligen Domänen der Partnerproteine unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, und dadurch auf verschiedene Weise zur Entwicklung von B-Zell-Vorläufer Leukämien beitragen können.<br />

Recently, it has been shown that in B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia (BCP-ALL) the gene encoding the transcription factor PAX5, which is pivotal for B-cell commitment and maintenance, is one of the most frequent targets of somatic mutations including deletions, mutations, and gene rearrangements. We and others have shown that the latter account for 2-3% of all pediatric BCP-ALL cases and result in the expression of in-frame fusion transcripts encoding chimeric proteins. Moreover, we have identified six - BRD1, DACH1, HIPK1, JAK2, PML, and POM121 - of the currently known 16 fusion partners, which comprise a heterogeneous group of proteins including transcription factors, structural proteins, kinases, and several with so far unknown functions. Regardless of the diversity of the fusion partners, a common feature of all PAX5 fusion proteins is the retention of the PAX5 paired DNAbinding domain indicating that they may act as aberrant transcription factors that antagonize wild type PAX5 function.<br />However, so far only a few studies with regard to the characterization of PAX5 fusion proteins have been conducted.<br />Therefore, the aim of this work was to elucidate the biochemical properties and functional consequences of PAX5 chimeric proteins. In line with the presence of the PAX5 DNA-binding domain and at least one nuclear localization signal, all ectopically expressed PAX5 fusion proteins showed a mainly nuclear localization. Furthermore, as shown by quantitative chromatin immunoprecipitation, all of them are capable of binding to endogenous wild type PAX5 target sequences. In addition, consistent with the presence of potential oligomerization motifs provided by some of the partner proteins, our data provide clear evidence that these chimeric proteins indeed selfinteract.<br />Remarkably, in reporter gene assays some of the PAX5 fusion proteins were able to activate a CD79A promoter construct, which contradicts the prevailing view that PAX5 chimeras exclusively function in a trans-dominant negative mode. Since the JAK-STAT pathway is frequently constitutively activated in many types of cancer, it is of special interest that also PAX5-JAK2 functions as catalytically active kinase, which triggers the JAK-STAT signaling cascade, albeit possibly in a noncanonical mode. Importantly, the kinase activity of PAX5-JAK2 can be efficiently blocked by JAK2 inhibitors, rendering it a potential target for therapeutic intervention. In summary, our data demonstrate that PAX5 fusion proteins posses shared features as well as distinct properties, which appear to modulate their actual function, and thus, may have an impact on the development of the respective leukemia.