Doktorsvörn í líf- og læknavísindum 25. júní kl.10.00 - Kimberley Jade Anderson

Kimberley Jade Anderson ver doktorsritgerð sína í líf- og læknavísindum við Læknadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Mechanisms of transcriptional regulation in Waldenström’s macroglobulinemia and multiple myeloma. Sameindaferlar umritunar-stjórnunar í Waldenströms risaglóbúlínblæði og mergæxlum.

 

Andmælendur eru dr. Zachary Hunter, leiðbeinandi í læknisfræði við Harvard Medical School í Bandaríkjunum, og dr. Inga Reynisdóttir, klínískur prófessor við Læknadeild Háskóla Íslands.

 

Umsjónarkennari og leiðbeinandi var dr. Erna Magnúsdóttir, dósent við Læknadeild. Auk hennar sátu í doktorsnefnd þau Arnar Pálsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild, Eiríkur Steingrímsson, Þórarinn Guðjónsson og Þórunn Rafnar, en þau starfa öll sem prófessorar við Læknadeild Háskóla Íslands.

 

Engilbert Sigurðsson, prófessor og forseti Læknadeildar, stjórnar athöfninni.

 

Ágrip af rannsókn

 

Stjórnferlar umritunar stýra þroska B-fruma yfir í plasma-frumur, þar sem stórbrotnar breytingar á umritunarferlum eiga sér stað. Þessar breytingar eru háðar fjölmörgum þáttum, en þar á meðal er umritunarþátturinn “B lymphocyte- induced maturation protein-1” (BLIMP1), auk ferla sem stjórna umframerfðamörkunum. Í þessari ritgerð er lýst tveimur verkefnum sem skoða sameindaferla umritunarstjórnar í krabbameinum mótefnaseytandi fruma.

Waldenströms risaglóbúlínblæði er krabbamein mótefnaseytandi fruma í beinmerg sem hafa svipgerð eitil- og plasmafruma. Umritunarþátturinn BLIMP1 er mikilvægur fyrir seytingu mótefna en hlutverk hans í Waldenströms risaglóbúlínblæði hefur þó ekki verið rannsakað. Í þessari rannsókn er sýnt fram á að frumur Waldenströms risaglóbúlínblæðis eru háðar BLIMP1 til að lifa. Rannsóknir á plasmablöstum músa og mótefnaseytandi frumum hafa bent til að bæði bein- sem og erfðafræðileg víxlverkun sé á milli BLIMP1 og histónumetýltransferasans „enhancer of zeste homologue 2“ (EZH2). Rannsókn þessi sýnir  fram á áður óskilgreint hlutverk BLIMP1 í að viðhalda prótínstyrk EZH2 í frumum Waldenströms risaglóbúlínblæðis. Niðursláttur á BLIMP1 og hindrun á EZH2 sýndu fram á að mikil skörun er í markgenum þessara tveggja þátta. Þrátt fyrir þessa skörun bindast BLIMP1 og EZH2 á mismunandi bindiset í erfðamenginu, en oft á sömu genin. Þetta bendir til þess að skörun í virkni þáttanna sé að mestu vegna samhliða stjórnunar á umritun auk viðhalds BLIMP1 á EZH2 fremur en að þeir bindist saman við litni. Loks er sýnt fram á hlutverk BLIMP1 og EZH2 í að forða frumum sjúkdómsins frá frumudauða af völdum náttúrulegra drápsfruma, auk stjórnunar á frumuhringnum. Þessar uppgötvanir veita nýja innsýn inn í meingerð Waldenströms risaglóbúlínblæðis.

Einstofna mótefnahækkun, eða „monoclonal gammopathy of undetermined significance“ (MGUS) er góðkynja forstig mergæxla. Um 0,5-1% MGUS tilfella þróast yfir í mergæxli árlega og núverandi viðmið sem notast er við til að spá fyrir um áhættuna á þessari framþróun eru ófullnægjandi. Þeir ferlar sem hafa áhrif á það að frumur breytist úr MGUS í mergæxli eru ekki vel þekktir. Rannsóknir á tjáningarmynstrum hafa ekki bent til stórfellds munar í umritun á milli þessara tveggja stiga. Ein leið til þess að afhjúpa ný merki er með því að líta á mismunandi virkjun efliraða sem geta gefið til kynna breytingu á eðli fruma jafnvel í fjarveru samsvarandi breytinga í genatjáningu. Hægt er að bera kennsl á mismunandi virkjaðar efliraðir með tilvist mismunandi markana á histónum og umritunum efliraða RNA (eRNA). Í rannsókninni er sett upp vinnuferli til þess að rannsaka histónumörk á efliröðum og stýrlum auk vinnuferils fyrir RNA raðgreiningu á heildar RNA úr frumum með því að nota lágan fjölda fruma úr sjúklingum með einstofna mótefnahækkun og mergæxlum sem upphafsefnivið. Þessar aðferðir má nota í framtíðinni til þess að bera kennsl á þætti sem hafa forspárgildi um sjúkdómsframvindu MGUS og mergæxla.

 

Abstract

 

Transcriptional regulatory mechanisms drive the maturation of B cells to plasma cells, with a dramatic transcriptional rewiring taking place during the transition. This rewiring is dependent on a number of factors, including the transcription factor B lymphocyte induced maturation protein 1 (BLIMP1), and epigenetic mechanisms, amongst others. In this thesis, I present two projects investigating mechanisms of transcriptional regulation in antibody-secreting cell malignancies.

Waldenström’s macroglobulinemia is a cancer of antibody-secreting lymphoplasmacytic cells in the bone marrow. The transcription factor BLIMP1 is important for antibody secretion and yet its role has not been studied in Waldenström’s macroglobulinemia. Here I demonstrate that Waldenström’s macroglobulinemia cell lines rely on BLIMP1 for survival. Studies in mouse plasmablasts and antibody secreting cells have suggested both a physical and genetic interaction between BLIMP1 and the histone methyltransferase enhancer of zeste homologue 2 (EZH2). In this study I reveal a novel role of BLIMP1 maintaining the protein levels of EZH2 in Waldenström’s macroglobulinemia. BLIMP1 knock-down and EZH2 inhibition reveal a large overlap in transcriptional targets of the two factors. Despite this, BLIMP1 and EZH2 bind to the genome at mostly distinct sites, although often on the same genes, indicating that the functional overlap of the two factors is mostly due to parallel transcriptional regulation and through maintenance of EZH2 by BLIMP1, rather than through co-binding to chromatin. Finally, I uncover novel roles for BLIMP1 and EZH2 in evasion from natural killer (NK) cell mediated cytotoxicity and regulation of the cell cycle. These findings provide novel insights into the pathology of Waldenström’s macroglobulinemia.

Multiple myeloma is preceded by the pre-malignant monoclonal gammopathy of undetermined significance (MGUS). Around 0.5-1% of MGUS cases progress to myeloma each year and current standards for predicting the risk of progression are inadequate. The drivers of the transition from MGUS to multiple myeloma are still not well understood, and gene expression profiling studies have failed to identify major transcriptional differences between the two stages. One opportunity for uncovering novel markers is in the study of differential activation of transcriptional enhancers, which can indicate changes in cellular states even without corresponding gene expression changes. Differentially activated enhancers can be identified by the presence of different histone modifications and transcribed enhancer RNA (eRNA). Here, I establish a protocol for profiling histone modifications at enhancer and promoter regions and for total RNAseq using small numbers of cells from MGUS and myeloma patient material. These techniques may be used in the future to identify novel prognostic markers for MGUS and multiple myeloma.

 

Um doktorsefnið

 

Kimberley Jade Anderson útskrifaðist með BSc-gráðu í læknavísindum með fyrstu ágætiseinkunn frá University of New South Wales í Sydney, Ástralíu árið 2013. Hún lauk “honours research” ári sínu á rannsóknarstofu Jenny Y. Wang við Children’s Cancer Institute Austalia. Kimberley hefur unnið að doktorsgráðu í líf- og læknavísindum hjá Lífvísindastofnun við Háskóla Íslands frá því í ágúst 2014. Foreldrar hennar eru Mavis D’Cruz og Ross Anderson. Hún býr með eiginmanni sínum, Arnari Össuri Harðarsyni, og stjúpdóttur, Vordísi Sól Össurardóttur. Kimberley og Arnar eiga von á barni í águst 2019.