The clinical significance, biological function and therapeutic mechanism of KANSL2 in multiple myeloma

Abstract

Background: Multiple Myeloma (MM) is an incurable plasma cell malignancy. MYC alterations, present in up to 50% of MM cases, are associated with adverse prognosis. Although MYC is still undruggable in clinic, targeting MYC-related genes represents a promising avenue for MYC-mutated cancers. In tandem with genetic mutations, epigenetic dysregulation is driving disease progression in MM. The histone post-translational-modification (PTM) machinery is one vital process of epigenetics to regulate gene transcription. Despite numerous developments of epigenetic inhibitors (epi-drugs), only a few were approved for clinical utilization. Researches to identify biomarkers for response to epi-drugs is urgently needed. Methods: By overlapping data from a MYC-driven in vivo cancer gene screen (PiggyBac) for lymphoid malignancies and a histone-PTM cancer gene set, removing known oncogenes from Cancer Gene Census (CGC) and interrogating available MM patient datasets, we identified an uncharacterized, MYC-driven, histone-PTM related and prognosis predictive candidate in MM patients for phenotypic and mechanistic analyses. Through generating a platform of MM cell lines with defined gene expression, we deciphered its biological program, functional mechanism and therapeutic vulnerabilities, which was informed by transcriptomics, proteomics and acetylomics. Results: KAT8 regulatory NSL complex subunit 2 (KANSL2) was identified as the most promising candidate in MM. Increased mRNA and protein levels of KANSL2 were detected in MM patient samples compared to normal plasma cells. After genetically perturbing KANSL2, we observed a dependency of MM cells on KANSL2 for cell proliferation and apoptotic evasion. Transcriptomic analysis revealed a significant enrichment of DNA damage repair responses upon KANSL2-knockdown, validated by accumulation of γH2AX foci in low KANSL2 cells. Conversely, cells with enhanced KANSL2 expression exhibited resistance to DNA damage inducing chemotherapy, indicating a protective role against genotoxic stress. Deep acetylomic profiling highlighted a targetable molecular program involving in epigenetic modifiers, particularly evidenced by the histone acetylation marker H3K27ac. Indeed, high KANSL2 rendered cells susceptible to the histone deacetylase inhibitor (HDACi) panobinostat and bromodomain and extra-terminal motif inhibitor (BETi) OTX-015, as well as their combination. Conclusions: KANSL2 was identified as a MYC-driven, epigenetic drug targetable and prognosis-associated gene in MM. MM cells rely on KANSL2 for survival and proliferation. KANSL2 mediated chemotherapy resistance by impairing DNA damage pathway. The vulnerabilities to epigenetic inhibitors (HDACi and BETi) position KANSL2 as an actionable biomarker for MM patients.

Hintergrund: Das Multiple Myelom (MM) ist eine unheilbare maligne Plasmazellerkrankung. MYC-Alterationen, die bei bis zu 50 % der MM-Patienten auftreten, sind mit einer schlechten Prognose assoziiert. Obwohl direkt gegen MYC-gerichtete Therapien noch nicht möglich sind, stellt die gezielte Beeinflussung von MYC-verwandten Genen einen vielversprechenden Ansatz dar. Neben genetischen Mutationen sind auch epigenetische Dysregulationen in MM zentral. Epigenetische posttranslationale Modifikationen (PTM) von Histonen können Gentranskription regulieren. Trotz der Entwicklung zahlreicher epigenetischer Inhibitoren (Epi-Drugs) wurden nur wenige für den klinischen Einsatz zugelassen. Translationale Forschung ist dringend erforderlich, um mit MYC-Dysregulation assoziierte epigenetische Veränderungen für zielgerichtete Therapien zu nutzen. Methoden: Wir untersuchten gezielt Histon-assoziierte Gene, die in einem MYC-getreibenen in-vivo-Krebsgen-Screen (PiggyBac) als Kandidaten identifiziert wurden und im Cancer Gene Census (CGC) nicht gelistet waren. Durch Abfrage dieser Gene in MM-Patientendatensätzen identifizierten wir einen unbeschriebenen, dualen MYC-/Histon-bezogenen und prognostischen Kandidaten. Mithilfe von MM-Zelllinien mit definierter Genexpression des Kandidaten und Multi-omics (Transkriptomics, Proteomics und Acetylomics) entschlüsselten wir das biologische Programm, den Mechanismus und damit verbundene Zielstrukturen. Ergebnisse: KAT8 regulatory NSL complex subunit 2 (KANSL2) wurde als potentiell neues Onkogen in MM identifiziert. In MM-Patientenzellen wurde im Vergleich zu normalen Plasmazellen eine erhöhte mRNA- und Proteinexpression von KANSL2 festgestellt. Durch Knockdown von KANSL2 entdeckten wir eine Abhängigkeit der MM-Zellen von KANSL2 für die Zellproliferation und Umgehung der Apoptose. RNA Sequenzierung zeigte, dass die DNA-Schäden nach dem KANSL2-Knockdown angereichert waren, was durch Anhäufung von γH2AX-Foci bestätigt wurde. Umgekehrt waren Zelllinien mit KANSL2-Überexpression resistenter gegen Chemotherapie, indem sie Zellen vor genotoxischem Stress schützten. Proteomics/Acetylomics zeigte ein therapeutisch angreifbares Programm dysregulierter Histon-assoziierter Proteine. KANSL2-Überexpression machte Zellen anfällig für den Histon-Deacetylase-Inhibitor (HDACi) Panobinostat und den Bromodomain Inhibitor (BETi) OTX-015 sowie deren Kombination. Schlussfolgerungen: KANSL2 ist ein MYC-reguliertes, für Epi-Drugs angreifbares und mit der Prognose assoziiertes Gen bei MM identifiziert. MM-Zellen auf KANSL2 für Proliferation und Überleben angewiesen. KANSL2 vermittelt Chemotherapieresistenz durch Beeinträchtigung der DNA-Reparatur. Die Sensitivität für Epi-Drugs (HDACi und BETi) positioniert KANSL2 als potentiellen Biomarker in MM.