Abstract The MYCN proto-oncogene is deregulated in many cancers, most notably in neuroblastoma where MYCN gene amplification identifies a clinical subset with very poor prognosis. Gene expression and DNA analyses have also demonstrated over-expression of MYCN mRNA, as well as focal amplifications, copy number gains and presumptive change of function mutations of MYCN in Wilms’ tumours with poorer outcome, including tumours with diffuse anaplasia. Surpisingly, however, the expression and functions of the MYCN protein in Wilms’ tumours still remain obscure. In this study, we assessed MYCN protein expression in primary Wilms’ tumours using immunohistochemistry of tissue microarrays. We found MYCN protein to be expressed in tumour blastemal cells, and absent in stromal and epithelial components. For functional studies, we used two anaplastic Wilms’ tumour cell-lines, WiT49 and 17.94, to study the biological and transcriptomic effects of MYCN depletion. We found that MYCN knockdown consistently led to growth suppression but not cell death. RNA sequencing identified 561 MYCN-regulated genes shared by WiT49 and 17.94 cell-lines. As expected, numerous cellular processes were downstream of MYCN. MYCN positively regulated the miRNA regulator and known Wilms’ tumour oncogene LIN28B , the genes encoding methylosome proteins PRMT1, PRMT5 and WDR77, and the mitochondrial translocase genes TOMM20 and TIMM50 . MYCN repressed genes included the developmental signalling receptor ROBO1 and the stromal marker COL1A1 . Importantly, we found that MYCN also repressed the presumptive Wilms’ tumour suppressor gene REST , with MYCN knockdown resulting in increased REST protein and concomitant repression of REST target genes. Together, our study identifies regulatory axes that interact with MYCN, providing novel pathways for potential targeted therapeutics for poor prognosis Wilms’ tumour.

The Wnt and bone morphogenetic protein (BMP) signalling pathways are known to be crucial in the development of neural crest lineages, including the sympathetic nervous system. Surprisingly, their role in paediatric neuroblastoma, the prototypic tumour arising from this lineage, remains relatively uncharacterised. We previously demonstrated that Wnt/b-catenin signalling can have cell-type specific effects on neuroblastoma phenotypes, including growth inhibition and differentiation, and that BMP4 mRNA and protein were induced by Wnt3a/Rspo2. In this study, we characterise the phenotypic effects of BMP4 on neuroblastoma cells, demonstrating convergent induction of MSX homeobox transcription factors by Wnt and BMP4 signalling and BMP4-induced growth suppression and differentiation. Immunohistochemical analysis of BMP4 expression in primary neuroblastomas confirms a striking absence of BMP4 in poorly differentiated tumours, in contrast to high expression in ganglion cells. These results are consistent with a tumour suppressive role for BMP4 in neuroblastoma. RNA sequencing following BMP4 treatment revealed induction of Notch signalling, verified by increases of Notch3 and Hes1 proteins. Together, our data demonstrate for the first time Wnt-BMP-Notch signalling crosstalk associated with growth suppression of neuroblastoma.

Neuroblastoma is one of the commonest and deadliest solid tumours of childhood, and is thought to result from disrupted differentiation of the developing sympathoadrenergic lineage of the neural crest. Neuroblastoma exhibits intra- and intertumoural heterogeneity, with high risk tumours characterised by poor differentiation, which can be attributable to MYCN-mediated repression of genes involved in neuronal differentiation. MYCN is known to co-operate with oncogenic signalling pathways such as Alk, Akt and MEK/ERK signalling, and, together with c-MYC has been shown to be activated by Wnt signalling in various tissues. However, our previous work demonstrated that Wnt3a/Rspo2 treatment of some neuroblastoma cell lines can, paradoxically, decrease c-MYC and MYCN proteins. This prompted us to define the neuroblastoma-specific Wnt3a/Rspo2-driven transcriptome using RNA sequencing, and characterise the accompanying changes in cell biology. Here we report the identification of ninety Wnt target genes, and show that Wnt signalling is upstream of numerous transcription factors and signalling pathways in neuroblastoma. Using live-cell imaging, we show that Wnt signalling can drive differentiation of SK-N-BE(2)-C and SH-SY5Y cell-lines, but, conversely, proliferation of SK-N-AS cells. We show that cell-lines that differentiate show induction of prodifferentiation BMP4 and EPAS1 proteins, which is not apparent in the SK-N-AS cells. In contrast, SK-N-AS cells show increased CCND1, phosphorylated RB and E2F1 in response to Wnt3a/Rspo2, consistent with their proliferative response, and these proteins are not increased in differentiating lines. By meta-analysis of the expression of our 90 genes in primary tumour gene expression databases, we demonstrate discrete expression patterns of our Wnt genes in patient cohorts with different prognosis. Furthermore our analysis reveals interconnectivity within subsets of our Wnt genes, with one subset comprised of novel putative drivers of neuronal differentiation repressed by MYCN. Assessment of β-catenin immunohistochemistry shows high levels of β-catenin in tumours with better differentiation, further supporting a role for canonical Wnt signalling in neuroblastoma differentiation.

Targeted inhibition of proteins modulating epigenetic changes is an increasingly important priority in cancer therapeutics, and many small molecule inhibitors are currently being developed. In the case of neuroblastoma (NB), a paediatric solid tumour with a paucity of intragenic mutations, epigenetic deregulation may be especially important. In this study we validate the histone methyltransferase G9a/EHMT2 as being associated with indicators of poor prognosis in NB. Immunological analysis of G9a protein shows it to be more highly expressed in NB cell-lines with MYCN amplification, which is a primary determinant of dismal outcome in NB patients. Furthermore, G9a protein in primary tumours is expressed at higher levels in poorly differentiated/undifferentiated NB, and correlates with high EZH2 expression, a known co-operative oncoprotein in NB. Our functional analyses demonstrate that siRNA-mediated G9a depletion inhibits cell growth in all NB cell lines, but, strikingly, only triggers apoptosis in NB cells with MYCN amplification, suggesting a synthetic lethal relationship between G9a and MYCN. This pattern of sensitivity is also evident when using small molecule inhibitors of G9a, UNC0638 and UNC0642. The increased efficacy of G9a inhibition in the presence of MYCN-overexpression is also demonstrated in the SHEP-21N isogenic model with tet-regulatable MYCN. Finally, using RNA sequencing, we identify several potential tumour suppressor genes that are reactivated by G9a inhibition in NB, including the CLU, FLCN, AMHR2 and AKR1C1-3. Together, our study underlines the under-appreciated role of G9a in NB, especially in MYCN-amplified tumours.