In tumor cells from virtually all patients with chronic myelogenous leukemia, the Philadelphia chromosome, a fusion of chromosomes 9 and 22, directs the synthesis of the P210 bcr/abl protein. The protein-tyrosine kinase activity and hybrid structure of P210 bcr/abl are similar to the oncogene product of the Abelson murine leukemia virus, P160 gag /v- abl , which induces acute lymphomas. To determine whether P210 bcr/abl can induce chronic myelogenous leukemia, murine bone marrow was infected with a retrovirus encoding P210 bcr/abl and transplanted into irradiated syngeneic recipients. Transplant recipients developed several hematologic malignancies; prominent among them was a myeloproliferative syndrome closely resembling the chronic phase of human chronic myelogenous leukemia. Tumor tissue from diseased mice harbored the provirus encoding P210 bcr/abl . These results demonstrate that P210 bcr/abl expression can induce chronic myelogenous leukemia. Retrovirus-mediated expression of the protein provides a murine model system for further analysis of the disease.

Abstract

 The complete sequence of the 16,295 bp mouse L cell mitochondrial DNA genome has been determined. Genes for the 12S and 16S ribosomal RNAs; 22 tRNAs; cytochrome c oxidase subunits I, II and III; ATPase subunit 6; cytochrome b; and eight unidentified proteins have been located. The genome displays exceptional economy of organization, with tRNA genes interspersed between rRNA and protein-coding genes with zero or few noncoding nucleotides between coding sequences. Only two significant portions of the genome, the 879 nucleotide displacement-loop region containing the origin of heavy-strand replication and the 32 nucleotide origin of light-strand replication, do not encode a functional RNA species. All of the remaining nucleotide sequence serves a defined coding function, with the exception of 32 nucleotides, of which 18 occur at the 5′ ends of open reading frames. Mouse mitochondrial DNA is unique in that the translational start codon is AUN, with any of the four nucleotides in the third position, whereas the only translational stop codon is the orthodox UAA. The mouse mitochondrial DNA genome is highly homologous in overall sequence and in gene organization to human mitochondrial DNA, with the descending order of conserved regions being tRNA genes; origin of light-strand replication; rRNA genes; known protein-coding genes; unidentified protein-coding genes; displacement-loop region.

Imatinib mesylate (Gleevec) is a small-molecule inhibitor of the fusion protein Bcr-Abl, the causal agent in chronic myelogenous leukemia. Here we report ten individuals who developed severe congestive heart failure while on imatinib and we show that imatinib-treated mice develop left ventricular contractile dysfunction. Transmission electron micrographs from humans and mice treated with imatinib show mitochondrial abnormalities and accumulation of membrane whorls in both vacuoles and the sarco- (endo-) plasmic reticulum, findings suggestive of a toxic myopathy. With imatinib treatment, cardiomyocytes in culture show activation of the endoplasmic reticulum (ER) stress response, collapse of the mitochondrial membrane potential, release of cytochrome c into the cytosol, reduction in cellular ATP content and cell death. Retroviral gene transfer of an imatinib-resistant mutant of c-Abl, alleviation of ER stress or inhibition of Jun amino-terminal kinases, which are activated as a consequence of ER stress, largely rescues cardiomyocytes from imatinib-induced death. Thus, cardiotoxicity is an unanticipated side effect of inhibition of c-Abl by imatinib.

Reactive oxygen species are involved in many cellular metabolic and signalling processes1 and are thought to have a role in disease, particularly in carcinogenesis and ageing2. We have generated mice with targeted inactivation of Prdx1, a member of the peroxiredoxin family of antioxidant enzymes3. Here we show that mice lacking Prdx1 are viable and fertile but have a shortened lifespan owing to the development beginning at about 9 months of severe haemolytic anaemia and several malignant cancers, both of which are also observed at increased frequency in heterozygotes. The haemolytic anaemia is characterized by an increase in erythrocyte reactive oxygen species, leading to protein oxidation, haemoglobin instability, Heinz body formation and decreased erythrocyte lifespan. The malignancies include lymphomas, sarcomas and carcinomas, and are frequently associated with loss of Prdx1 expression in heterozygotes, which suggests that this protein functions as a tumour suppressor. Prdx1-deficient fibroblasts show decreased proliferation and increased sensitivity to oxidative DNA damage, whereas Prdx1-null mice have abnormalities in numbers, phenotype and function of natural killer cells. Our results implicate Prdx1 as an important defence against oxidants in ageing mice.

Imatinib mesylate (IM), a potent inhibitor of the BCR/ABL tyrosine kinase, has become standard first-line therapy for patients with chronic myeloid leukemia (CML), but the frequency of resistance increases in advancing stages of disease. Elimination of BCR/ABL-dependent intracellular signals triggers apoptosis, but it is unclear whether this activates additional cell survival and/or death pathways. We have shown here that IM induces autophagy in CML blast crisis cell lines, CML primary cells, and p210BCR/ABL-expressing myeloid precursor cells. IM-induced autophagy did not involve c-Abl or Bcl-2 activity but was associated with ER stress and was suppressed by depletion of intracellular Ca2+, suggesting it is mechanistically nonoverlapping with IM-induced apoptosis. We further demonstrated that suppression of autophagy using either pharmacological inhibitors or RNA interference of essential autophagy genes enhanced cell death induced by IM in cell lines and primary CML cells. Critically, the combination of a tyrosine kinase inhibitor (TKI), i.e., IM, nilotinib, or dasatinib, with inhibitors of autophagy resulted in near complete elimination of phenotypically and functionally defined CML stem cells. Together, these findings suggest that autophagy inhibitors may enhance the therapeutic effects of TKIs in the treatment of CML.

The product of the Philadelphia chromosome (Ph) translocation, the BCR/ABL oncogene, exists in three principal forms (P190, P210, and P230 BCR/ABL) that are found in distinct forms of Ph-positive leukemia, suggesting the three proteins have different leukemogenic activity. We have directly compared the tyrosine kinase activity, in vitro transformation properties, and in vivo leukemogenic activity of the P190, P210, and P230 forms of BCR/ABL. P230 exhibited lower intrinsic tyrosine kinase activity than P210 and P190. Although all three oncogenes transformed both myeloid (32D cl3) and lymphoid (Ba/F3) interleukin (IL)-3–dependent cell lines to become independent of IL-3 for survival and growth, their ability to stimulate proliferation of Ba/F3 lymphoid cells differed and correlated directly with tyrosine kinase activity. In a murine bone marrow transduction/transplantation model, the three forms of BCR/ABL were equally potent in the induction of a chronic myeloid leukemia (CML)–like myeloproliferative syndrome in recipient mice when 5-fluorouracil (5-FU)–treated donors were used. Analysis of proviral integration showed the CML-like disease to be polyclonal and to involve multiple myeloid and B lymphoid lineages, implicating a primitive multipotential target cell. Secondary transplantation revealed that only certain minor clones gave rise to day 12 spleen colonies and induced disease in secondary recipients, suggesting heterogeneity among the target cell population. In contrast, when marrow from non– 5-FU–treated donors was used, a mixture of CML-like disease, B lymphoid acute leukemia, and macrophage tumors was observed in recipients. P190 BCR/ABL induced lymphoid leukemia with shorter latency than P210 or P230. The lymphoid leukemias and macrophage tumors had provirus integration patterns that were oligo- or monoclonal and limited to the tumor cells, suggesting a lineage-restricted target cell with a requirement for additional events in addition to BCR/ABL transduction for full malignant transformation. These results do not support the hypothesis that P230 BCR/ABL induces a distinct and less aggressive form of CML in humans, and suggest that the rarity of P190 BCR/ABL in human CML may reflect infrequent BCR intron 1 breakpoints during the genesis of the Ph chromosome in stem cells, rather than intrinsic differences in myeloid leukemogenicity between P190 and P210.

The products of the Philadelphia chromosome translocation, P210 and P190BCR/ABL, are cytoplasmic protein tyrosine kinases that share the ability to transform hematopoietic cytokine-dependent cell lines to cytokine independence but differ in the spectrum of leukemia induced in vivo. We have analyzed the Janus kinase (JAK) and signal transducer and activator of transcription (STAT) pathways in hematopoietic cells transformed by Bcr/Abl. STAT5 and, to a lesser extent, STATs 1 and 3 were constitutively activated by tyrosine phosphorylation and induction of DNA binding activity in both P210 and P190BCR/ABL-transformed cells, but P190 differed in that it also prominently activated STAT6. There was low level tyrosine phosphorylation of JAKs 1, 2, and 3 in Bcr/Abl-transformed cells, but no detectable complex formation with Bcr/Abl, and activation of STAT5 by P210 was not blocked by two different dominant-negative JAK mutants. These results suggest that P210 and P190BCR/ABL directly activate specific STAT family members and may help explain their overlapping yet distinct roles in leukemogenesis. The products of the Philadelphia chromosome translocation, P210 and P190BCR/ABL, are cytoplasmic protein tyrosine kinases that share the ability to transform hematopoietic cytokine-dependent cell lines to cytokine independence but differ in the spectrum of leukemia induced in vivo. We have analyzed the Janus kinase (JAK) and signal transducer and activator of transcription (STAT) pathways in hematopoietic cells transformed by Bcr/Abl. STAT5 and, to a lesser extent, STATs 1 and 3 were constitutively activated by tyrosine phosphorylation and induction of DNA binding activity in both P210 and P190BCR/ABL-transformed cells, but P190 differed in that it also prominently activated STAT6. There was low level tyrosine phosphorylation of JAKs 1, 2, and 3 in Bcr/Abl-transformed cells, but no detectable complex formation with Bcr/Abl, and activation of STAT5 by P210 was not blocked by two different dominant-negative JAK mutants. These results suggest that P210 and P190BCR/ABL directly activate specific STAT family members and may help explain their overlapping yet distinct roles in leukemogenesis.

The subcellular localization of the mouse type IV c-abl protein was determined by indirect immunofluorescence of nontransformed NIH 3T3 fibroblasts that overexpress the protein. Unlike the viral transforming protein p160gag/v-abl, which has cytoplasmic and plasma membrane localization, a large fraction of the c-abl (IV) protein is nuclear, with the remainder in the cytoplasm and plasma membrane. Deletion of a small N-terminal regulatory region of the c-abl (IV) protein, sufficient to activate its transforming potential fully, changes the distribution of the protein from the nucleus to the cytoplasm. Mapping of an amino acid sequence responsible for the nuclear localization of the c-abl (IV) protein reveals a nuclear localization signal similar to that of SV40 large T antigen.

In individuals with chronic myeloid leukemia (CML) treated by autologous hematopoietic stem cell (HSC) transplantation, malignant progenitors in the graft contribute to leukemic relapse1, but the mechanisms of homing and engraftment of leukemic CML stem cells are unknown. Here we show that CD44 expression is increased on mouse stem-progenitor cells expressing BCR-ABL and that CD44 contributes functional E-selectin ligands. In a mouse retroviral transplantation model of CML, BCR-ABL1–transduced progenitors from CD44-mutant donors are defective in homing to recipient marrow, resulting in decreased engraftment and impaired induction of CML-like myeloproliferative disease. By contrast, CD44-deficient stem cells transduced with empty retrovirus engraft as efficiently as do wild-type HSCs. CD44 is dispensable for induction of acute B-lymphoblastic leukemia by BCR-ABL, indicating that CD44 is specifically required on leukemic cells that initiate CML. The requirement for donor CD44 is bypassed by direct intrafemoral injection of BCR-ABL1–transduced CD44-deficient stem cells or by coexpression of human CD44. Antibody to CD44 attenuates induction of CML-like leukemia in recipients. These results show that BCR-ABL–expressing leukemic stem cells depend to a greater extent on CD44 for homing and engraftment than do normal HSCs, and argue that CD44 blockade may be beneficial in autologous transplantation in CML.