The CBFβ subunit is the non-DNA-binding subunit of the heterodimeric core-binding factor (CBF). CBFβ associates with DNA-binding CBFα subunits and increases their affinity for DNA. Genes encoding the CBFβ subunit (CBFB) and one of the CBFα subunits (CBFA2, otherwise known as AML1) are the most frequent targets of chromosomal translocations in acute leukemias in humans. We and others previously demonstrated that homozygous disruption of the mouse Cbfa2 (AML1) gene results in embryonic lethality at midgestation due to hemorrhaging in the central nervous system and blocks fetal liver hematopoiesis. Here we demonstrate that homozygous mutation of the Cbfb gene results in the same phenotype. Our results demonstrate that the CBFβ subunit is required for CBFα2 function in vivo.

Summary The ETV6-RUNX1 onco-fusion arises in utero , initiating a clinically silent pre-leukemic state associated with the development of pediatric B-acute lymphoblastic leukemia (B-ALL). We characterize the ETV6-RUNX1 regulome by integrating chromatin immunoprecipitation- and RNA-sequencing and show that ETV6-RUNX1 functions primarily through competition for RUNX1 binding sites and transcriptional repression. In pre-leukemia, this results in ETV6-RUNX1 antagonization of cell cycle regulation by RUNX1 as evidenced by mass cytometry analysis of B-lineage cells derived from ETV6-RUNX1 knock-in human pluripotent stem cells. In frank leukemia, knockdown of RUNX1 or its co-factor CBFβ results in cell death suggesting sustained requirement for RUNX1 activity which is recapitulated by chemical perturbation using an allosteric CBFβ-inhibitor. Strikingly, we show that RUNX1 addiction extends to other genetic subtypes of pediatric B-ALL and also adult disease. Importantly, inhibition of RUNX1 activity spares normal hematopoiesis. Our results implicate chemical intervention in the RUNX1 program as an exciting therapeutic opportunity in ALL.

AML is a heterogenous disease caused by different mutations. We have previously shown that each mutational sub-type develops its specific gene regulatory network (GRN) with transcription factors interacting with multiple gene modules, many of which are transcription factor genes themselves. Here we hypothesized that highly connected nodes within such networks comprise crucial regulators of AML maintenance. We tested this hypothesis using FLT3-ITD mutated AML as a model and conducted an shRNA drop-out screen informed by this analysis. We show that AML-specific GRNs predict identifying crucial regulatory modules required for AML but not normal cellular growth. Furthermore, our work shows that all modules are highly connected and regulate each other. The careful multi-omic analysis of the role of one (RUNX1) module by shRNA and chemical inhibition shows that this transcription factor and its target genes stabilize the GRN of FLT3-ITD AML and that its removal leads to GRN collapse and cell death.

Abstract H3K4Me demethylase KDM1a/LSD1 is a therapeutic target for multiple diseases, including the β-globinopathies (sickle cell disease and β-thalassemia) since its inactivation has been shown to lead to robust induction of the fetal globin genes. Here we examined the consequences of conditional inactivation of Lsd1 in adult red blood cells using a new Gata1 creERT2 BAC transgene. Loss of Lsd1 activity in mice blocked erythroid differentiation and expanded GMP-like cells, converting hematopoietic differentiation potential from an erythroid to a myeloid fate. The analogous phenotype was also observed in human HSPC, coincident with induction of myeloid transcription factors ( e.g . PU.1 an d CEBPα). Finally, blocking the activity of myeloid transcription factors PU.1 or RUNX1 at the same time as LSD1 reverted myeloid lineage conversion to an erythroid phenotype. The data show that LSD1 promotes erythropoiesis by repressing myeloid cell fate, and that inhibition of myeloid differentiation reverses the lineage switch caused by LSD1 inactivation.

Summary EP300 (E1A binding protein p300) is a versatile transcription co-activator important in cell proliferation and differentiation. The gene EP300 is frequently mutated in diverse cancer types, including small-cell lung cancer (SCLC). While it is widely believed that these mutations result in loss of EP300 function, the impact on SCLC pathogenesis remains largely unknown. Here we demonstrate that mutant EP300 variants lacking histone acetyltransferase (HAT) domain accelerate tumor development in autochthonous mouse models of SCLC. However, unexpectedly, complete knockout of Ep300 suppresses tumor development and inhibits proliferation of both human and mouse SCLC cells. Genetic dissection of EP300 domains identifies kinase-inducible domain (KID)-interacting (KIX) domain, specifically its interaction with transcription factors such as CREB1 and MYB, as the determinant of pro-tumorigenic activity. Blockade of the KIX-mediated protein interactions using a small molecule and a recombinant peptide mimicking the KIX-binding sequences of EP300-interacting partners inhibits the growth of SCLC cells. These findings identify domain-specific roles of EP300 in SCLC and unique vulnerability of the EP300 KIX domain to potential therapeutics.

RUNX1 has recently been shown to play an important role in determination of mammary epithelial cell identity. However, mechanisms by which loss of the RUNX1 transcription factor in mammary epithelial cells leads to epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) are not known. Here, we report mitotic bookmarking of genes by RUNX1 as a potential mechanism to convey regulatory information through successive cell divisions for coordinate control of mammary cell proliferation, growth, and identity. Genome-wide RUNX1 occupancy profiles for asynchronous, mitotically enriched, and early G1 breast epithelial cells reveal RUNX1 is retained during the mitosis to G1 transition on protein coding and long non-coding RNA genes critical for mammary epithelial proliferation, growth, and phenotype maintenance. Disruption of RUNX1 DNA binding and association with mitotic chromosomes alters cell morphology, global protein synthesis, and phenotype-related gene expression. Together, these findings show for the first time that RUNX1 bookmarks a subset of epithelial-related genes during mitosis that remain occupied as cells enter the next cell cycle. Compromising RUNX1 DNA binding initiates EMT, an essential first step in the onset of breast cancer.Significance This study elucidates mitotic gene bookmarking as a potential epigenetic mechanism that impacts breast epithelial cell growth and phenotype and has potential implications in breast cancer onset.

Ikaros family zinc finger protein 1 and 3 (IKZF1 and IKZF3) are transcription factors that promote multiple myeloma (MM) proliferation. The immunomodulatory imide drug (IMiD) lenalidomide promotes myeloma cell death via Cereblon (CRBN)-dependent ubiquitylation and proteasome-dependent degradation of IKZF1 and IKZF3. Although IMiDs have been used as first-line drugs for MM, the overall survival of refractory MM patients remains poor and demands the identification of novel agents to potentiate the therapeutic effect of IMiDs. Using an unbiased screen based on mass spectrometry, we identified the Runt-related transcription factor 1 and 3 (RUNX1 and RUNX3) as interactors of IKZF1 and IKZF3. Interaction with RUNX1 and RUNX3 inhibits CRBN-dependent binding, ubiquitylation and degradation of IKZF1 and IKZF3 upon lenalidomide treatment. Inhibition of RUNXs, via genetic ablation or a small molecule (AI-10-104), results in sensitization of myeloma cell lines and primary tumors to lenalidomide. Thus, RUNX inhibition represents a valuable therapeutic opportunity to potentiate IMiDs therapy for the treatment of multiple myeloma.