Origin of somatic mutations in lymphoid cancers : role of the V(D)J recombinase
Institution:
Sorbonne Paris CitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Lymphoid cancers frequently harbor chromosomal aberrations. Abnormal V(D)J recombinase (i.e RAG endonuclease) activity is thought to promote genomic instability in lymphocytes, while DNA damage response (DDR) factors such as Ataxia-telangiectasia mutated (ATM) and p53 have been shown to suppress aberrant chromosomal rearrangements and lymphomagenesis. During my thesis, to test the relative contribution of these factors in shaping the pattern of somatic mutations in lymphoma genome, I performed whole genome and transcriptome sequencing of several genetically modified mouse lymphoma models in which the activities of RAG and DDR were perturbed. In a first study, I have identified specific recurrent genomic lesions caused by off-target RAG activity and, more surprisingly, a unique pattern of aberrant rearrangements occurring in the absence of RAG. I provided evidence that, in the absence of RAG, Breakage-Fusion-Bridge triggers instability and amplification of a genomic region of several megabases leading to the overexpression of multiple known and putative cancer genes. Importantly, I also showed that this region is found amplified in a subset of human leukemia. Using additional animal models in which blocked T cell differentiation due to the absence of RAG was rescued by the expression of a transgenic T cell receptor, I could demonstrate that both developmental stage and RAG activity determine T cell lymphoma genome landscapes and mediate malignant transformation through distinct oncogenic paths. In addition, I have established the first genome-wide analysis of ATM-deficient T-cell lymphomas and identified a high number of aberrations localized at antigen receptor loci and ectopic locations in these tumors. My results suggest that, in the absence of ATM, aberrantly resolved RAG-induced DNA breaks at antigen receptor loci trigger massive complex rearrangements spreading to ectopic locations and affecting cancer genes. Overall, my studies provide new insights into the mechanisms of somatic mutations arising in lymphoid cancers in the context of aberrant V(D)J recombination and DDR.
Abstract FR:
Les cancers lymphoïdes présentent fréquemment des aberrations chromosomiques. Dans les lymphocytes, cette instabilité génomique peut découler d'une activité anormale de la recombinase V(D)J (i.e. RAG endonuclease), alors que des facteurs de réponse aux dommages à l'ADN (DDR), tels que les protéines Ataxia-telangiectasia mutated (ATM) et p53, sont connus pour empêcher l'apparition de réarrangements chromosomiques et la lymphomagénèse. Le but de ma thèse fut de tester la contribution relative de ces facteurs dans l'émergence des mutations somatiques dans le génome des lymphomes. Pour ce faire, j'ai réalisé du séquençage génome et transcriptome entier de différents lymphomes, issus de modèles murins génétiquement modifiés pour lesquels les activités RAG et DDR étaient altérées. Lors d'une première étude, j'ai identifié des lésions génomiques spécifiques et récurrentes, causées par l'activité « off-target » de RAG et, de manière plus surprenante, un pattern de réarrangements anormaux survenant en l'absence de RAG. J'ai mis en évidence un mécanisme de « Breakage-Fusion-Bridge », en l'absence de RAG, entrainant l'instabilité et l'amplification d'une région génomique s'étendant sur plusieurs mégabases. Plus encore, j'ai également montré que cette amplification mène à son tour à la surexpression de multiples gènes connus ou candidats dans le cancer et se retrouve dans un sous-groupe de leucémies humaines. Afin de rétablir la différentiation des cellules T, bloquée en l'absence des RAG, j'ai utilisé un autre modèle murin exprimant un récepteur des cellules T (TCR) transgéniques. Ce travail a permis de montrer que le stade du développement et l'activité RAG tous les deux déterminent le paysage génomique des lymphomes T et guident la transformation maligne des cellules à travers différentes voies oncogéniques. De plus, j'ai également réalisé la première étude génome entier de lymphomes T déficients pour ATM et ai identifié un nombre important d'anomalies dans ces tumeurs, présentes aux loci des récepteurs aux antigènes mais aussi à des positions ectopiques. Mes résultats suggèrent, qu'en l'absence d'ATM, les cassures de l'ADN induites par les RAG (non réparées ou résolues de manière anormales) déclenchent une instabilité massive au niveau des loci des récepteurs aux antigènes. Cette instabilité se propage ensuite ailleurs dans le génome et affecte des gènes du cancer. De manière plus générale, ma thèse approfondie la compréhension des mécanismes générant des mutations somatiques dans les cancers lymphoïdes, suite à des défauts de recombinaison V(D)J ou de DDR.