Somatic hypermutation targeting activity of proto-oncogenic enhancers

Abstract

Somatic hypermutation (SHM) is an essential mechanism for the development of high-affinity antibodies. SHM occurs in germinal center B cells targeting antibody-coding immunoglobulin (Ig) genes to increase the affinity of antibodies towards the recognized antigens. SHM is catalyzed by the enzyme AID (activation-induced cytidine deaminase) which is a powerful mutator and is linked to the formation of several types of malignancies. Despite the importance of SHM for efficient immune response, it is a severe threat to genome integrity if targeted outside Ig loci. SHM targeting mechanisms are still largely unknown and even less is known about SHM off-targeting. Cis-acting elements in Ig loci, termed mutation enhancers, have been found to target SHM to Ig genes. In this thesis work, it was investigated if SHM off-targeting relies on mutation enhancers similar to SHM on-targeting.

The SHM targeting activity of viral and endogenic elements was tested and the changes this activity causes to neighboring genes was determined. SHM targeting activity from polyomavirus (SV40, JCPyV and MCPyV) regulatory regions was established and AID/APOBEC-induced mutation accumulation to viral LT -area was found. A subset of these mutations caused STOP-codon formation and in the context of SV40, truncated LT-protein expression linked to AID mutagenesis was observed. In the context of MCPyV, expression of truncated LT is tightly linked to formation of Merkel cell carcinoma. Whether truncated LT is relevant for SV40-induced tumorigenesis remains to be elucidated. SHM targeting activity was also found in the BCL6 enhancer region. Preliminary evidence suggests that inserting a strong SHM targeting element into the BCL6 enhancer region might increase mutation accumulation to the BCL6 gene linked to lymphomagenesis, but this finding requires further confirmation.

In conclusion, SHM targeting activity was established outside Ig loci in viral and endogenic contexts. The results of this work revealed that SHM targeting activity is a more widespread feature than previously anticipated. SHM off-targeting activity of proto-oncogenic enhancers can predispose to malignant transformation given that the AID enzyme is expressed at some stage of tumor evolution.

<b>Somaattisen hypermutaation kohdentuminen esisyöpägeeneihin</b>

Genomiin kertyvien mutaatioiden määrä yritetään normaalisti pitää matalana. Immuunipuolustuksen B-solujen vasta-aineita koodittaviin geeneihin kertyy kuitenkin tarkoituksella mutaatioita ns. somaattisen hypermutaation (SHM) väli-tyksellä. SHM:ta katalysoivan AID-entsyymin aiheuttamat mutaatiot parantavat vasta-aineiden sitoutumista kohteisiinsa, mikä tehostaa immuunipuolustuksen kykyä torjua elimistöön kohdistuvia uhkia. Mekanismi, jolla mutaatiot kohdentuvat juuri vasta-aine-geeneihin, tunnetaan huonosti. Osaltaan tapahtumaa säätelevät tietyt DNA-elementit vasta-aineiden säätelyalueilla. Ajoittain SHM kohdistuu virheelli-sesti vasta-ainegeenien ulkopuolelle, mikä voi johtaa solusyklin ja DNA:n korjaus-koneiston häiriöihin altistaen syövän kehittymiselle. Tässä väitöstutkimuksessa selvitettiin, kohdentuuko SHM vasta-ainegeenien ulkopuolelle virus- ja endogee-nisten geenien säätelyalueilta löytyvien elementtien avulla.

Tutkimuksen tulokset osoittivat, että polyoomavirusten (MCPyV, JCPyV ja SV40) säätelyalueet kohdentavat SHM:ta. Voimakkuus vaihteli heikosta erittäin voimakkaaseen. Lisäksi havaittiin, että MCPyV:n LT-geenin kertyy APOBEC3-entsyymien aiheuttamia mutaatioita, kun taas SV40:n LT-geenin mutaatiot olivat suurelta osin AID:n aiheuttamia. Molemmissa tapauksissa osa näistä mutaatioista aiheutti STOP-kodonien muodostumiseen, mikä johti SV40:n kohdalla lyhentyneen LT-proteiinin ilmentymiseen B-solulinjassa. MCPyV:n lyhentynyt LT aiheuttaa Merkelin solujen karsinoomaa, mutta on epäselvää, onko LT:n lyhentymisellä merkitystä SV40:n kyvylle aiheuttaa kasvaimia.

Tutkimuksessa löydettiin BCL6-geenin säätelyalueella useita elementtejä, jotka kohdentavat SHM:ta. Alustavat tulokset viittaavat elementtien kykyyn kohdistaa SHM:ta BCL6-geenin ensimmäisen introniin, johon mutaatioiden on toistuvasti näytetty kertyvän lymfoomissa. Tulosten varmistaminen vaatii kuitenkin lisäkokeita.

Tässä tutkimuksessa SHM:n kohdentamisaktiivisuutta löydettiin vasta-aine-geenien ulkopuolelta ja sen todettiin olevan yleisempi ominaisuus genomissa kuin aikaisemmin on ajateltu. Työssä näytetyllä kohdentamisaktiivisuudella voi olla merkitystä erityyppisten syöpien patogeneesissä, edellyttäen AID:n ilmentymistä syövän kehityksen aikana.