High expression of MYC and its target genes define a subset of germinal center B-cell diffuse large B-cell lymphoma (GCB-DLBCL) associated with poor outcomes. Half of these high-grade cases show chromosomal rearrangements between the MYC locus and heterologous enhancer-bearing loci, while focal deletions of the adjacent non-coding gene PVT1 are enriched in MYC -intact cases. To identify genomic drivers of MYC activation, we used high-throughput CRISPR-interference (CRISPRi) profiling of candidate enhancers in the MYC locus and rearrangement partner loci in GCB-DLBCL cell lines and mantle cell lymphoma (MCL) comparators that lacked common rearrangements between MYC and immunoglobulin (Ig) loci. Rearrangements between MYC and non-Ig loci were associated with unique dependencies on specific enhancer subunits within those partner loci. Notably, fitness dependency on enhancer modules within the BCL6 super-enhancer ( BCL6 -SE) cluster regulated by a transcription factor complex of MEF2B, POU2F2, and POU2AF1 was higher in cell lines bearing a recurrent MYC::BCL6 -SE rearrangement. In contrast, GCB-DLBCL cell lines without MYC rearrangement were highly dependent on a previously uncharacterized 3' enhancer within the MYC locus itself (GCBME-1), that is regulated in part by the same triad of factors. GCBME-1 is evolutionarily conserved and active in normal germinal center B cells in humans and mice, suggesting a key role in normal germinal center B cell biology. Finally, we show that the PVT1 promoter limits MYC activation by either native or heterologous enhancers and demonstrate that this limitation is bypassed by 3' rearrangements that remove PVT1 from its position in cis with the rearranged MYC gene.CRISPR-interference screens identify a conserved germinal center B cell MYC enhancer that is essential for GCB-DLBCL lacking MYC rearrangements. Functional profiling of MYC partner loci reveals principles of MYC enhancer-hijacking activation by non-immunoglobulin rearrangements.

Minimal improvement in outcomes for high-risk pediatric acute myeloid leukemia (pAML) patients has been made in the past decades. Nowhere is this more evident than in patients carrying a t(16;21)(p11;q22) FUS::ERG translocation; quick time to relapse and universal failure of hematopoietic stem cell transplant contribute to one of the lowest survival rates in childhood leukemia. Here, we have identified a unique, defining immune-evasion phenotype in FUS::ERG pAML driven by EZH2 and characterized by loss of MHC class I and II molecules and immune co-stimulatory receptors. This loss of immune engagement, present at diagnosis, allows pervasiveness of blasts that prove resistant to standard treatment. We demonstrate that treatment with the FDA-approved EZH2 inhibitor tazemetostat, in combination with IFN-γ, reverses the phenotype, re-expresses MHC receptor expression, and reduces blast viability. EZH2 inhibitors provide a novel therapeutic option for this high-risk population and may prove a beneficial supplemental treatment for FUS::ERG pAML.

Activated Notch signaling is highly prevalent in T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) but pan-Notch inhibitors were toxic in clinical trials. To find alternative ways to target Notch signals, we investigated Cell division cycle 73 (Cdc73), which is a Notch cofactor and component of transcriptional machinery, a potential target in T-ALL. While we confirmed previous work that CDC73 interacts with NOTCH1, we also found that the interaction in T-ALL was context-dependent and facilitated by the lymphoid transcription factor ETS1. Using mouse models, we showed that Cdc73 is important for Notch-induced T-cell development and T-ALL maintenance. Mechanistically, Cdc73, Ets1, and Notch intersect chromatin at promoters and enhancers to activate oncogenes and genes that are important for DNA repair and oxidative phosphorylation. Consistently, Cdc73 deletion in T-ALL cells induced DNA damage and impaired mitochondrial function. Our data suggests that Cdc73 might promote a gene expression program that was eventually intersected by Notch to mitigate the genotoxic and metabolic stresses of elevated Notch signaling. We also provide mechanistic support for testing inhibitors of DNA repair, oxidative phosphorylation, and transcriptional machinery. Inhibiting pathways like Cdc73 that intersect with Notch at chromatin might constitute a strategy to weaken Notch signals without directly targeting the Notch complex.

ABSTRACT MYC deregulation occurs in 67% of multiple myeloma (MM) cases and associates with progression and worse prognosis in MM. Enhanced MYC expression is known to be driven by translocation or amplification events, but it only occurs in 40% of MM patients. Here, we describe a new mechanism of MYC regulation, whereby epigenetic regulation of MYC by increased accessibility of a cell-type specific enhancer leads to increased MYC expression. We found enhancer activity does not associate with enhancer hijacking events. We identified specific binding of c-MAF, IRF4, and SPIB transcription factors to the enhancer can activate MYC . In addition, we discovered focal amplification of this specific enhancer in approximately 4% of MM patients. Together, our findings define a new epigenetic mechanism of MYC deregulation in MM beyond known translocations or amplifications and point to the importance of non-coding regulatory elements and their associated transcription factor networks as drivers of MM progression.

MicroRNA (miRNA) sponges have been shown to function as competing endogenous RNAs (ceRNAs) to regulate the expression of other miRNA targets in the network by sequestering available miRNAs. As the first systematic investigation of the genome-wide genetic effect on ceRNA regulation, we applied multivariate response regression and identified widespread genetic variations that are associated with ceRNA competition using 462 Geuvadis RNA-seq data in multiple human populations. We showed that SNPs in gene 3’UTRs at the miRNA seed binding regions can simultaneously regulate gene expression changes in both cis and trans by the ceRNA mechanism. We termed these loci as endogenous miRNA sponge expression quantitative trait loci or “emsQTLs”, and found that a large number of them were unexplored in conventional eQTL mapping. We identified many emsQTLs are undergoing recent positive selection in different human populations. Using GWAS results, we found that emsQTLs are significantly enriched in traits/diseases associated loci. Functional prediction and prioritization extend our understanding on causality of emsQTL allele in disease pathways. We illustrated that emsQTL can synchronously regulate the expression of tumor suppressor and oncogene through ceRNA competition in angiogenesis. Together these results provide a distinct catalog and characterization of functional noncoding regulatory variants that control ceRNA crosstalk.

Abstract Oncogenic fusion proteins display exquisite tissue specificity, revealing that malignant transformation requires cooperation with cell-autonomous factors. Recent studies have also demonstrated that tumorigenicity of Ewing sarcoma requires precise regulation of the transcriptional activity of the EWS-FLI1 oncogenic driver. Here we show that the developmentally and anatomically restricted transcription factor HOXD13 is a direct target of EWS-FLI1. Transcriptomic and CUT&RUN studies revealed that HOXD13 binds active, fusion-bound enhancers, resulting in altered expression of EWS-FLI1-induced targets. More strikingly, HOXD13 was found to bind and activate cis-regulatory regions of genes that are normally repressed by EWS-FLI1. Single-cell sequencing demonstrated marked intra-tumoral heterogeneity of HOXD13 transcriptional activity and revealed that antagonism between HOXD13-mediated gene activation and EWS-FLI1-dependent gene repression confers a spectrum of transcriptional cell states along a mesenchymal axis. Thus, HOXD13 serves as an internal rheostat for EWS-FLI1 activity, providing a paradigm for tissue-specific transcription factors as critical partners in fusion-driven cancers.

Abstract Distal enhancers play critical roles in sustaining oncogenic gene expression programs. We identify aberrant enhancer-like activation of GGAA tandem repeats as a characteristic feature of B-cell acute lymphoblastic leukemia (B-ALL) with genetic defects of the ETV6 transcriptional repressor, including ETV6-RUNX1 + and ETV6 -null B-ALL. We show that GGAA repeat enhancers are direct activators of previously identified ETV6-RUNX1 + B-ALL “signature” genes, including likely oncogenic drivers. When restored to ETV6-deficient B-ALL cells, ETV6 directly binds to GGAA repeat enhancers, represses their acetylation, downregulates adjacent genes, and inhibits B-ALL growth. In ETV6-deficient B-ALL cells, we find that the ETS transcription factor ERG directly binds to GGAA microsatellite enhancers and is required for sustained activation of many repeat enhancer-activated genes. Together, our findings reveal a novel epigenetic gatekeeper function of the ETV6 tumor suppressor gene and establish microsatellite enhancers as a key mechanism underlying the unique gene expression program of ETV6-RUNX1 + B-ALL. Significance We show that the oncogenic gene expression program of a common pediatric leukemia relies on repetitive noncoding elements that are not conserved between humans and rodents, placing important limitations on animal models for this disease. Our findings may present new opportunities for targeting cancer-specific chromatin dysregulation in leukemia.