Ontogenic Changes in Hematopoietic Hierarchy Determine Pediatric Specificity and Disease Phenotype in Fusion Oncogene-Driven Myeloid Leukemia.

Fusion oncogenes are prevalent in several pediatric cancers, yet little is known about the specific associations between age and phenotype. We observed that fusion oncogenes, such as ETO2-GLIS2, are associated with acute megakaryoblastic or other myeloid leukemia subtypes in an age-dependent manner. Analysis of a novel inducible transgenic mouse model showed that ETO2-GLIS2 expression in fetal hematopoietic stem cells induced rapid megakaryoblastic leukemia whereas expression in adult bone marrow hematopoietic stem cells resulted in a shift toward myeloid transformation with a strikingly delayed in vivo leukemogenic potential. Chromatin accessibility and single-cell transcriptome analyses indicate ontogeny-dependent intrinsic and ETO2-GLIS2-induced differences in the activities of key transcription factors, including ERG, SPI1, GATA1, and CEBPA. Importantly, switching off the fusion oncogene restored terminal differentiation of the leukemic blasts. Together, these data show that aggressiveness and phenotypes in pediatric acute myeloid leukemia result from an ontogeny-related differential susceptibility to transformation by fusion oncogenes. SIGNIFICANCE: This work demonstrates that the clinical phenotype of pediatric acute myeloid leukemia is determined by ontogeny-dependent susceptibility for transformation by oncogenic fusion genes. The phenotype is maintained by potentially reversible alteration of key transcription factors, indicating that targeting of the fusions may overcome the differentiation blockage and revert the leukemic state.See related commentary by Cruz Hernandez and Vyas, p. 1653.This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1631

Rôle des complexes transcriptionnels ETO2 dans les leucémies aiguës érythroïdes humaines

Acute erythroid leukemia (AEL) represent an aggressive subgroup of acute myeloid leukemia (AML), affecting both myeloid and erythroid lineages. The aim of this work was to characterize the genetic and transcriptomic profile of AEL. Sequencing analyses of AEL patient samples allowed me to identify recurrent genetic and transcriptomic alterations. Among them, I identified alterations of GATA1-associated factors (including SKI, ERG, SPI1 and ETO2) in more than 25% of cases. Modeling these alterations in mice allowing me to demonstrate the oncogenic capacity of these factors resulting in erythroid/myeloid leukemia development in vivo, depending of the targeted progenitor. ETO2 is a member of the ETO family, frequently identified mutated in AML and AEL. The second part of this work was to characterize the role of ETO2 in human AEL. To this aim, I firstly demonstrated that ETO2 is an essential factor driving AEL cell survival. Then, I identified the ETO2 genome-wide chromatin binding as well as direct target genes using patient-derived xenograft models and AEL cell lines genetically inactivated for ETO2 using CRISPR/Cas9 system. Together, these analyses showed that ETO2 controls an oncogenic program including factors that could be pharmacologically targeted. Overall, this work brings new molecular bases of human AEL development as well as new insights into the therapeutic treatment of this leukemia.Les leucémies aiguës érythroïdes (LAM-M6) représentent un sous-groupe agressif des leucémies aiguës myéloïdes (LAM), affectant la lignée myéloïde et érythroïde. L’objectif de ce travail était de caractériser le profil génétique et transcriptionnel des LAM-M6. Les analyses de séquençage de patients atteints de LAM-M6 m’ont permis d’identifier des altérations génétiques et transcriptionnelles récurrentes. Parmi celles-ci, j’ai identifié des altérations de facteurs impliqués dans l’activité des complexes GATA1 (incluant des surexpressions de SKI, ERG, SPI1 et ETO2) dans plus de 25% des patients. La modélisation de ces altérations en modèle murin m’a permis de démontrer le potentiel oncogénique de ces facteurs, permettant le développement de leucémies myéloïdes et/ou érythroïdes en fonction du progéniteur ciblé. ETO2 est un membre de la famille ETO, fréquemment mutée dans les LAM. La seconde partie de ce travail de thèse était la caractérisation du rôle d’ETO2 dans les LAM-M6. Pour cela, j’ai d’une part montré qu’ETO2 est un facteur essentiel au maintien et à la survie des LAM-M6 humaines. Dans un second temps, j’ai identifié les sites de fixation à la chromatine ainsi que les gènes cibles directs d’ETO2 dans des modèles de xénogreffes dérivés de patients LAM-M6 et de lignées cellulaires inactivées pour ETO2 en utilisant le système CRSPR/Cas9. Ensemble, ces analyses m’ont permis de montrer qu’ETO2 régule un programme oncogénique dont certains membres peuvent être ciblés pharmacologiquement. Ces travaux apportent de nouvelles bases moléculaires concernant le développement des LAM- M6 humaines mais également de nouvelles perspectives de traitement

Role of ETO2 transcriptional complexes in acute erythroid leukemia

Les leucémies aiguës érythroïdes (LAM-M6) représentent un sous-groupe agressif des leucémies aiguës myéloïdes (LAM), affectant la lignée myéloïde et érythroïde. L’objectif de ce travail était de caractériser le profil génétique et transcriptionnel des LAM-M6. Les analyses de séquençage de patients atteints de LAM-M6 m’ont permis d’identifier des altérations génétiques et transcriptionnelles récurrentes. Parmi celles-ci, j’ai identifié des altérations de facteurs impliqués dans l’activité des complexes GATA1 (incluant des surexpressions de SKI, ERG, SPI1 et ETO2) dans plus de 25% des patients. La modélisation de ces altérations en modèle murin m’a permis de démontrer le potentiel oncogénique de ces facteurs, permettant le développement de leucémies myéloïdes et/ou érythroïdes en fonction du progéniteur ciblé. ETO2 est un membre de la famille ETO, fréquemment mutée dans les LAM. La seconde partie de ce travail de thèse était la caractérisation du rôle d’ETO2 dans les LAM-M6. Pour cela, j’ai d’une part montré qu’ETO2 est un facteur essentiel au maintien et à la survie des LAM-M6 humaines. Dans un second temps, j’ai identifié les sites de fixation à la chromatine ainsi que les gènes cibles directs d’ETO2 dans des modèles de xénogreffes dérivés de patients LAM-M6 et de lignées cellulaires inactivées pour ETO2 en utilisant le système CRSPR/Cas9. Ensemble, ces analyses m’ont permis de montrer qu’ETO2 régule un programme oncogénique dont certains membres peuvent être ciblés pharmacologiquement. Ces travaux apportent de nouvelles bases moléculaires concernant le développement des LAM- M6 humaines mais également de nouvelles perspectives de traitement.Acute erythroid leukemia (AEL) represent an aggressive subgroup of acute myeloid leukemia (AML), affecting both myeloid and erythroid lineages. The aim of this work was to characterize the genetic and transcriptomic profile of AEL. Sequencing analyses of AEL patient samples allowed me to identify recurrent genetic and transcriptomic alterations. Among them, I identified alterations of GATA1-associated factors (including SKI, ERG, SPI1 and ETO2) in more than 25% of cases. Modeling these alterations in mice allowing me to demonstrate the oncogenic capacity of these factors resulting in erythroid/myeloid leukemia development in vivo, depending of the targeted progenitor. ETO2 is a member of the ETO family, frequently identified mutated in AML and AEL. The second part of this work was to characterize the role of ETO2 in human AEL. To this aim, I firstly demonstrated that ETO2 is an essential factor driving AEL cell survival. Then, I identified the ETO2 genome-wide chromatin binding as well as direct target genes using patient-derived xenograft models and AEL cell lines genetically inactivated for ETO2 using CRISPR/Cas9 system. Together, these analyses showed that ETO2 controls an oncogenic program including factors that could be pharmacologically targeted. Overall, this work brings new molecular bases of human AEL development as well as new insights into the therapeutic treatment of this leukemia

Rôle des complexes transcriptionnels ETO2 dans les leucémies aiguës érythroïdes humaines

Acute erythroid leukemia (AEL) represent an aggressive subgroup of acute myeloid leukemia (AML), affecting both myeloid and erythroid lineages. The aim of this work was to characterize the genetic and transcriptomic profile of AEL. Sequencing analyses of AEL patient samples allowed me to identify recurrent genetic and transcriptomic alterations. Among them, I identified alterations of GATA1-associated factors (including SKI, ERG, SPI1 and ETO2) in more than 25% of cases. Modeling these alterations in mice allowing me to demonstrate the oncogenic capacity of these factors resulting in erythroid/myeloid leukemia development in vivo, depending of the targeted progenitor. ETO2 is a member of the ETO family, frequently identified mutated in AML and AEL. The second part of this work was to characterize the role of ETO2 in human AEL. To this aim, I firstly demonstrated that ETO2 is an essential factor driving AEL cell survival. Then, I identified the ETO2 genome-wide chromatin binding as well as direct target genes using patient-derived xenograft models and AEL cell lines genetically inactivated for ETO2 using CRISPR/Cas9 system. Together, these analyses showed that ETO2 controls an oncogenic program including factors that could be pharmacologically targeted. Overall, this work brings new molecular bases of human AEL development as well as new insights into the therapeutic treatment of this leukemia.Les leucémies aiguës érythroïdes (LAM-M6) représentent un sous-groupe agressif des leucémies aiguës myéloïdes (LAM), affectant la lignée myéloïde et érythroïde. L’objectif de ce travail était de caractériser le profil génétique et transcriptionnel des LAM-M6. Les analyses de séquençage de patients atteints de LAM-M6 m’ont permis d’identifier des altérations génétiques et transcriptionnelles récurrentes. Parmi celles-ci, j’ai identifié des altérations de facteurs impliqués dans l’activité des complexes GATA1 (incluant des surexpressions de SKI, ERG, SPI1 et ETO2) dans plus de 25% des patients. La modélisation de ces altérations en modèle murin m’a permis de démontrer le potentiel oncogénique de ces facteurs, permettant le développement de leucémies myéloïdes et/ou érythroïdes en fonction du progéniteur ciblé. ETO2 est un membre de la famille ETO, fréquemment mutée dans les LAM. La seconde partie de ce travail de thèse était la caractérisation du rôle d’ETO2 dans les LAM-M6. Pour cela, j’ai d’une part montré qu’ETO2 est un facteur essentiel au maintien et à la survie des LAM-M6 humaines. Dans un second temps, j’ai identifié les sites de fixation à la chromatine ainsi que les gènes cibles directs d’ETO2 dans des modèles de xénogreffes dérivés de patients LAM-M6 et de lignées cellulaires inactivées pour ETO2 en utilisant le système CRSPR/Cas9. Ensemble, ces analyses m’ont permis de montrer qu’ETO2 régule un programme oncogénique dont certains membres peuvent être ciblés pharmacologiquement. Ces travaux apportent de nouvelles bases moléculaires concernant le développement des LAM- M6 humaines mais également de nouvelles perspectives de traitement

Molecular Landscapes and Models of Acute Erythroleukemia

Malignancies of the erythroid lineage are rare but aggressive diseases. Notably, the first insights into their biology emerged over half a century ago from avian and murine tumor viruses-induced erythroleukemia models providing the rationale for several transgenic mouse models that unraveled the transforming potential of signaling effectors and transcription factors in the erythroid lineage. More recently, genetic roadmaps have fueled efforts to establish models that are based on the epigenomic lesions observed in patients with erythroid malignancies. These models, together with often unexpected erythroid phenotypes in genetically modified mice, provided further insights into the molecular mechanisms of disease initiation and maintenance. Here, we review how the increasing knowledge of human erythroleukemia genetics combined with those from various mouse models indicate that the pathogenesis of the disease is based on the interplay between signaling mutations, impaired TP53 function, and altered chromatin organization. These alterations lead to aberrant activity of erythroid transcriptional master regulators like GATA1, indicating that erythroleukemia will most likely require combinatorial targeting for efficient therapeutic interventions

High caspase 3 and vulnerability to dual BCL2 family inhibition define ETO2::GLIS2 pediatric leukemia

International audienc

Human erythroleukemia genetics and transcriptomes identify master transcription factors as functional disease drivers.

Acute erythroleukemia (AEL or acute myeloid leukemia [AML]-M6) is a rare but aggressive hematologic malignancy. Previous studies showed that AEL leukemic cells often carry complex karyotypes and mutations in known AML-associated oncogenes. To better define the underlying molecular mechanisms driving the erythroid phenotype, we studied a series of 33 AEL samples representing 3 genetic AEL subgroups including TP53-mutated, epigenetic regulator-mutated (eg, DNMT3A, TET2, or IDH2), and undefined cases with low mutational burden. We established an erythroid vs myeloid transcriptome-based space in which, independently of the molecular subgroup, the majority of the AEL samples exhibited a unique mapping different from both non-M6 AML and myelodysplastic syndrome samples. Notably, >25% of AEL patients, including in the genetically undefined subgroup, showed aberrant expression of key transcriptional regulators, including SKI, ERG, and ETO2. Ectopic expression of these factors in murine erythroid progenitors blocked in vitro erythroid differentiation and led to immortalization associated with decreased chromatin accessibility at GATA1-binding sites and functional interference with GATA1 activity. In vivo models showed development of lethal erythroid, mixed erythroid/myeloid, or other malignancies depending on the cell population in which AEL-associated alterations were expressed. Collectively, our data indicate that AEL is a molecularly heterogeneous disease with an erythroid identity that results in part from the aberrant activity of key erythroid transcription factors in hematopoietic stem or progenitor cells