University of Groningen
Identifying aneuploidy-tolerating genes
Simon, Judith Elisabeth
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2018
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Simon, J. E. (2018). Identifying aneuploidy-tolerating genes. Rijksuniversiteit Groningen.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
184 | Appendices
LIST OF ABBREVIATIONS Chr chromosome
CIN chromosome instability CIS common insertion sites F flanked by LoxP FLOX flanked by LoxP
FRAP Fluorescent Recovery After Photobleaching GRL GrONC (name of transposon) low copy GO Gene Ontology
IF immunofluorescence
mTOR mammalian target of rapamycine ORF Open Reading Frame
P-bodies processing-bodies PB Piggybac
PCA principal component analysis pIpC PolyI:PolyC
PRMT5 Protein arginine methyltransferase-5 QISeq quantitative insertion site sequencing Rev Reversine
RPE1 Retina pigmental epithelial cell line rtTA reverse tetracycline transactivator SAC spindle assembly checkpoint SG stress granules
T-ALL T cell acute lymphoblastic lymphoma
tapdance Transposon Annotation Poisson Distribution Association Network Connectivity Environment
WBC white blood cell wt wildtype
NEDERLANDSE SAMENVATTING (VOOR NIET INGEWIJDEN) Celdeling
Het menselijk lichaam bestaat uit ongeveer 50 biljoen cellen. Deze grote hoeveelheid aan cellen ontstaan vanuit één versmolten zaad- en eicel en van daaruit ontstaan meer dan 200 verschillende celtypen. Ondanks de verschillende celtypen bevat elke cel (met uitzondering van enkele celtypes) hetzelfde DNA, de genetische code om de verschillende bouwstenen van het lichaam te maken. Deze genetische code is in de mens is verdeeld over 46 chromosomen, en over 40 chromsomen in de muis. Tijdens elke celdeling worden de chromosomen verdubbeld en verdeeld over twee nieuwe dochtercellen.
Chromosoom instabiliteit en aneuploïdie in kankercellen
In kankercellen is de machinerie verantwoordelijk voor de celdeling vaak ontregeld. Dit leidt ertoe dat cellen die eigenlijk niet zouden moeten delen gaan delen, maar ook vaak tot een onnauwkeurige celdeling. Dit wordt ook wel chromosoominstabiliteit genoemd. Het proces van chromosoominstabiliteit kan een ongelijk aantal chromosomen in een cel (aneuploïdie) als resultaat geven. Aneuploïdie komt voor in ongeveer 70% van de kankercellen. Hoewel aneuploidie een belangrijk kenmerk is van kankercellen, is het onduidelijk hoe aneuploïdie bijdraagt aan de groei van kankercellen. Wat wel bekend is, is dat aneuploïdie een groeinadeel geeft aan gezonde cellen. Kankercellen in patiënten kunnen blijkbaar omgaan met de nadelige gevolgen van aneuploïdie. Dit wordt ook wel de aneuploïdie paradox genoemd. Het is belangrijk om de mechanismen die het mogelijk maken om aneuploïdie in cellen te tolereren beter te begrijpen, omdat het als doelwit in veel kankersoorten kan worden gebruikt voor nieuwe therapieën.
Doel van dit proefschrift
Het doel van het onderzoek beschreven in dit proefschrift is om mechanismen te identificeren die cellen helpen aneuploïdie te tolereren en zo van aneuploïde cellen kankercellen maken.
Samenvatting van de hoofdstukken
De invloed van aneuploïdie op tumourgroei kan onder andere bestudeerd worden door het gebruik van muismodellen, omdat muizen genetisch gezien veel op mensen lijken. In hoofdstuk 1 wordt een overzicht gegeven van de muismodellen die in de afgelopen jaren zijn ontwikkeld om aneuploïdie te bestuderen. De meeste van deze muismodellen
186 | Appendices
laten zien dat aneuploïdie op zichzelf niet leidt tot tumourgroei. Wanneer aneuploïdie wordt gecombineerd met andere genetische veranderingen dan is er wel tumourgroei en zijn deze tumouren vaak agressiever dan de niet-aneuploïde tumouren. Dit benadrukt de behoefte van aneuploïdie cellen om manieren te vinden om de nadelige gevolgen van aneuploïdie te tolereren.
Een voorbeeld van hoe aneuploïde cellen zich aanpassen om te overleven, is verlies van het gen p53, een van de meest voorkomende mutaties in kankercellen. In hoofdstuk
2 laten we zien dat in een muismodel waar aneuploïdie wordt veroorzaakt in T-cellen,
alleen aneuploïdie niet voldoende is voor het ontwikkelen van T-cellymfomen, een type bloedkanker. Daarentegen, wanneer aneuploïdie wordt gecombineerd met p53-verlies ontwikkelen zich wel T-cellymfomen. De aneuploïde T-cellymfomen hebben terugkerende chromosoomafwijkingen: vermeerdering van chromosoom 4, 14 en 15, en verlies van chromosoom 19. Een mogelijkheid is dat de resulterende hogere of lagere expressie van bepaalde genen op deze chromosomen helpt om aneuploïdie te tolereren en daarom essentieel zijn voor de tumor ontwikkeling. In dit hoofdstuk is geanalyseerd wat de grootste genetische veranderingen zijn op de chromosomen die afwijken in de aneuploïde T-cellymfomen. Een van de potentieel belangrijke genen is Prmt5 (protein methyltransferase 5) op chromosoom 14, dat hoog tot expressie komt in alle aneuploïde T-cellymphomen die we tot nu toe getest hebben.
Het is onbekend of PRMT5 specifiek een rol heeft voor de groei van aneuploïde tumouren. We hebben daarom de rol van PRMT5 in aneuploïde cellen bestudeerd met verschillende benaderingen. Hoofdstuk 3 gaat in op de rol van PRMT5 in aneuploïde ongetransformeerde (niet-kanker) cellen. We zagen dat PRMT5 lokaliseert in granules in het cytoplasma van de cel wanneer PRMT5 tot overexpressie wordt gebracht in euploïde (met gelijke chromosoomaantallen) ongetransformeerde cellen (RPE-1). Interessant genoeg, wanneer deze euploïde RPE-1 cellen met PRMT5 overexpressie aneuploïde werden gemaakt, zagen we een toename in het aantal granules gevuld met het eiwit PRMT5.
In hoofdstuk 4 hebben we de rol van PRMT5 in aneuploïde kankercellen bestudeerd. We hebben vastgesteld dat PRMT5 een rol heeft in het mTOR netwerk. Dit netwerk is belangrijk voor celgroei en metabolisme. Wij laten zien dat primaire aneuploïde T-cellymfoomcellen meer activiteit van het mTOR netwerk hebben en dat dit samenhangt met de expressie van PRMT5. Bovendien lijken aneuploïde T-cellymphomen gevoeliger
voor mTOR en PRMT5 remmers dan euploïde T-cellymfomen. Deze bevindingen onthullen een potentiële rol voor PRMT5-remming in de behandeling van aneuploïde kanker.
Een andere manier die wij hebben gebruikt om aneuploïdie-tolererende genetische veranderingen te identificeren is het toepassen van een in vivo genetische screen. Dit hebben we gedaan door aneuploïdie te induceren in de bloedstamcellen van muizen in combinatie met mutaties gecreëerd door mobiele stukjes DNA (transposons) (hoofdstuk
5). De combinatie van aneuploïdie en transposon-mutagenese liet een versnelde
tumourgroei zien ten opzichte van muizen die alleen transposon-mutagenese hadden. Meer dan de helft van de aneuploïde muizen ontwikkelden bloedkankers. Dit bevestigt dat aneuploïdie tumourgroei kan versnellen. Door te analyseren waar de transposons mutaties veroorzaken kunnen we zien wat de meest voorkomende mutaties zijn in de aneuploïde bloedkankers en daarom een belangrijke rol kunnen spelen in het mogelijk maken van de tolerantie van aneuploïdie. Mogelijk belangrijke genen die naar voren komen in de eerste transposon analyse zijn Foxp1, Notch1 en p53.
Kortom, aneuploïdie is nadelig voor gezonde cellen, maar kankercellen hebben mechanismen die ervoor zorgen dat ze aneuploïdie kunnen tolereren. In dit proefschrift hebben we nieuwe mechanismen gevonden die belangrijk zijn voor het tolereren van aneuploïdie. Deze mechanismen kunnen mogelijk als doelwit gebruikt worden in het bestrijden van aneuploïde kanker.
188 | Appendices
CURRICULUM VITAE
Judith Elisabeth Simon was born on the 13th of November 1988, in Groningen. After receiving her pre-university degree from Maartenscollege in Haren in 2007, she studied Life science and technology at the University of Groningen. After obtaining the Bachelor’s degree, she continued with the research Master’s degree program Biomedical Sciences in 2011. She conducted two research projects during her Master’s degree. The first project was performed in the Medical Physiology group of Prof. dr. Bart Eggen, the University of Groningen. The second research project was conducted in the group of Dr. Viji Draviam at the Department of Genetics, University of Cambridge (United Kingdom). In this lab she started to become intrigued by the role of aneuploidy in cancer. Back in Groningen, Judith wrote her master thesis in the group of Prof. dr. ir. Floris Foijer and started her PhD in the same group in 2013. The PhD project was funded by KWF and aims to understand how aneuploid cells transform into aneuploid cancer cells. The results from this research project are described in this thesis. As part of this PhD research she visited the lab of Dr. George Vassiliou at the Sanger Institute in Hinxton (United Kingdom) on multiple occasions for a collaborative project. Judith works now as a postdoctoral researcher to study centrosome amplification in cancer, in the group of Dr. Susana Godinho at the Barts Cancer Institute in London.
LIST OF PUBLICATIONS
Foijer F*, #, Xie S.Z.*, Simon J.E., Bakker P.L., Conte N., Davis S., Kregel E., Jonkers J.,
Bradley A. and Sorger P.K#. (2014) Chromosome instability induced by Mps1 and p53
mutation generates aggressive lymphomas exhibiting aneuploidy-induced stress. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Sep 16;111(37):13427-32. doi: 10.1073/pnas.1400892111. Epub 2014 Sep 2
Tamura N., Simon J.E., Nayak A., Shenoy R., Hiroi N., Boilot V., Funahashi A., Draviam V.M#. (2015) A proteomic study of mitotic phase-specific interactors of EB1 reveals a
role for SXIP-mediated protein interactions in anaphase onset. Biol Open. 2015 Jan 16;4(2):155-69. doi: 10.1242/bio.201410413
Simon J.E.*, Bakker B.*, Foijer F.# (2015) CINcere Modelling: What Have Mouse Models
for Chromosome Instability Taught Us? Recent Results Cancer Res. 2015;200:39-60. doi: 10.1007/978-3-319-20291-4_2.
Garcia-Martinez J., Bakker B., Schukken K.M., Simon J.E., Foijer, F#. (2016) Aneuploidy
in stem cells. World J Stem Cells. 2016 Jun 26;8(6):216-22. doi: 10.4252/wjsc.v8.i6.216. Heberle A.M.*, Simon J.E.*, Langelaar-Makkinje M., Bakker B., Schubert M., Sadik, A., Cadena-Sandoval M., Pieters W., Deitersen J., Stork B., Bockwoldt M., Heiland I., Opitz C.A., Foijer F.#, Thedieck K.# Methionine controls cell growth and autophagy via the
PRMT5-mTORC1 signaling axis. Revised manuscript in preparation
Simon J.E.*, Jilderda L.J.*, Schubert M.*, Bakker P.L., Bakker B., Postingl H.,
Barenboim M., Strong A., Cooper J.L., de Bruin A., Colomé-Tatché M., Rad R., Vassiliou G.S., Foijer F.# Transposon mutagenesis and Mad2 inactivation in the haematopoietic
system to identify aneuploidy-tolerating genes. Manuscript in preparation *Equal contributions
190 | Appendices
ACKNOWLEDGEMENTS / DANKWOORD
Both inside and outside the lab I am surrounded by wonderful, supportive people, whom I would like to thank in this chapter and/or in person. This thesis wouldn’t have been possible without you.
Ten eerste, Prof. dr. ir. Floris Foijer. Floris, in 2011 had ik niet verwacht dat een mailtje met blijk van interesse in jouw onderzoek uiteindelijk zou leiden tot een stage in Cambridge en een PhD positie in Groningen. Bedankt voor het mogelijk maken van deze onvergetelijke ervaringen. Ik heb het werken in Foijer lab altijd ervaren als een fijne, stimulerende en dynamische werkplek. Dit komt mede door jouw optimistische begeleiding en aanstekelijk enthousiasme voor het onderzoek, bedankt daarvoor! Thanks to my former supervisors Prof. dr. Bart Eggen, Dr. Viji Draviam and current supervisor Dr. Susana Godinho for encouraging and guiding me through my science career. Ik wil mijn tweede promotor Prof. dr. Gerald de Haan en mentor Dr. Liesbeth Veenhoff bedanken dat jullie betrokken zijn geweest met mijn PhD project en mijn zoektocht naar een postdoc positie.
I would like to thank the members of the assessment committee, Prof. dr. Cor Calkhoven,
Prof. dr. Marcel van Vugt en Prof. dr. Zuzana Storchova. Thank you for taking the
effort to read and assess my thesis.
Also, I would like to thank KWF and SKOG for funding the projects and our collaborators for pleasant and successful collaborations. Prof. dr. Kathrin Thedieck, thank you for all the guidance throughout the PRMT5 project. Alex, you are always positive-minded, it was a pleasure to work with you. Also thanks to Miriam and the other members of the
Thedieck lab for all their support with the PRMT5 project. Prof. dr. Roland Rad, Dr. George Vassiliou, Jon Cooper, Alex Strong and the other labmembers of the Rad and the Vassiliou lab, thank you for the collaboration with the transposon project. I enjoyed
the visits to the Sanger Institute.
Thanks to the Foijer lab members, all of you give the lab such a great atmosphere.
Petra, ik heb veel van je geleerd en ik ben ook dankbaar hoe je altijd begaan bent met
het gezellig dat we samen pilates lessen volgden om te ontspannen na het werk. Petra en
Laura, bedankt dat jullie mijn paranimfen zijn en vanaf een afstandje hebben geholpen
om de promotiedag te organiseren. Bjorn, na altijd vragen ‘En, komt er al wat uit?’ is dit het resultaat, ik hoop dat je het ook mooi vindt! Bedankt voor alle hulp bij de projecten en alle grappen. Klaske, bedankt dat je zowel op het lab, kantoor en bij het plantsoen mijn altijd vrolijke buurvrouw bent geweest. Lin, Michael and Christy, I am thankful you joined the lab in the final stage of my PhD. Thanks for helping with the projects and creating a great atmosphere. Also thanks to former lab members: Yinan, Jorge and
Weilin. En Martha, bedankt voor al jouw hulp bij de muizenproeven.
Next to research, teaching is an important task during a PhD. I would like to thank Joyce,
Michelle, Anoek and all the other students who have been involved with the projects.
Bedankt voor jullie hulp en succes met de rest van jullie carrière!
Many thanks to Sophia and the members of the Bruggeman lab, the iPSC CRISPR
facility and all the other ERIBA/UMCG colleagues, I appreciate your feedback and
useful comments during lab meetings and support throughout the PhD project.
Also, thank you ERIBA members for making ERIBA more than just a work place. The lunches with first floor labmembers, dinners, jam sessions with the band ‘Quiet Room’ and the Friday evenings were great to relax after work.
Hester, bedankt voor de prachtige cover layout. Mooi om te zien hoe celdeling jou heeft
geinspireerd. En Gildeprint, bedankt voor de opmaak en het printen van de boekjes. Lieve familie en vrienden, bedankt voor jullie belangstelling en steun. In het bijzonder
oma Groningen, die als eerste te horen kreeg dat ik de PhD positie had gekregen, en oma Simon, die altijd vraagt hoe het gaat met de muisjes. Lieve Luuk en Leonie, bedankt dat
jullie zo begaan zijn met wat ik doe in het lab in Groningen of ver weg. Ik hoop dat ik jullie nog vaak mag verwelkomen in Londen! Ten slotte, mijn lieve ouders Jack en Joke, bedankt dat jullie altijd voor mij klaar staan en mij belangrijke vaardigheden hebben geleerd voor een onderzoeker: doorzetten, geloven en altijd blijven lachen.
