N6-Methyladenosine (m6A) represents the most prevalent internal modification in mammalian mRNAs. Despite its functional importance in various fundamental bioprocesses, the studies of m6A in cancer have been limited. Here we show that FTO, as an m6A demethylase, plays a critical oncogenic role in acute myeloid leukemia (AML). FTO is highly expressed in AMLs with t(11q23)/MLL rearrangements, t(15;17)/PML-RARA, FLT3-ITD, and/or NPM1 mutations. FTO enhances leukemic oncogene-mediated cell transformation and leukemogenesis, and inhibits all-trans-retinoic acid (ATRA)-induced AML cell differentiation, through regulating expression of targets such as ASB2 and RARA by reducing m6A levels in these mRNA transcripts. Collectively, our study demonstrates the functional importance of the m6A methylation and the corresponding proteins in cancer, and provides profound insights into leukemogenesis and drug response.

Summary

 R-2-hydroxyglutarate (R-2HG), produced at high levels by mutant isocitrate dehydrogenase 1/2 (IDH1/2) enzymes, was reported as an oncometabolite. We show here that R-2HG also exerts a broad anti-leukemic activity in vitro and in vivo by inhibiting leukemia cell proliferation/viability and by promoting cell-cycle arrest and apoptosis. Mechanistically, R-2HG inhibits fat mass and obesity-associated protein (FTO) activity, thereby increasing global N⁶-methyladenosine (m⁶A) RNA modification in R-2HG-sensitive leukemia cells, which in turn decreases the stability of MYC/CEBPA transcripts, leading to the suppression of relevant pathways. Ectopically expressed mutant IDH1 and S-2HG recapitulate the effects of R-2HG. High levels of FTO sensitize leukemic cells to R-2HG, whereas hyperactivation of MYC signaling confers resistance that can be reversed by the inhibition of MYC signaling. R-2HG also displays anti-tumor activity in glioma. Collectively, while R-2HG accumulated in IDH1/2 mutant cancers contributes to cancer initiation, our work demonstrates anti-tumor effects of 2HG in inhibiting proliferation/survival of FTO-high cancer cells via targeting FTO/m⁶A/MYC/CEBPA signaling.

N

Summary

 FTO, an mRNA N⁶-methyladenosine (m⁶A) demethylase, was reported to promote leukemogenesis. Using structure-based rational design, we have developed two promising FTO inhibitors, namely FB23 and FB23-2, which directly bind to FTO and selectively inhibit FTO's m⁶A demethylase activity. Mimicking FTO depletion, FB23-2 dramatically suppresses proliferation and promotes the differentiation/apoptosis of human acute myeloid leukemia (AML) cell line cells and primary blast AML cells in vitro. Moreover, FB23-2 significantly inhibits the progression of human AML cell lines and primary cells in xeno-transplanted mice. Collectively, our data suggest that FTO is a druggable target and that targeting FTO by small-molecule inhibitors holds potential to treat AML.

DNA and histone modifications have notable effects on gene expression1. Being the most prevalent internal modification in mRNA, the N6-methyladenosine (m6A) mRNA modification is as an important post-transcriptional mechanism of gene regulation2-4 and has crucial roles in various normal and pathological processes5-12. However, it is unclear how m6A is specifically and dynamically deposited in the transcriptome. Here we report that histone H3 trimethylation at Lys36 (H3K36me3), a marker for transcription elongation, guides m6A deposition globally. We show that m6A modifications are enriched in the vicinity of H3K36me3 peaks, and are reduced globally when cellular H3K36me3 is depleted. Mechanistically, H3K36me3 is recognized and bound directly by METTL14, a crucial component of the m6A methyltransferase complex (MTC), which in turn facilitates the binding of the m6A MTC to adjacent RNA polymerase II, thereby delivering the m6A MTC to actively transcribed nascent RNAs to deposit m6A co-transcriptionally. In mouse embryonic stem cells, phenocopying METTL14 knockdown, H3K36me3 depletion also markedly reduces m6A abundance transcriptome-wide and in pluripotency transcripts, resulting in increased cell stemness. Collectively, our studies reveal the important roles of H3K36me3 and METTL14 in determining specific and dynamic deposition of m6A in mRNA, and uncover another layer of gene expression regulation that involves crosstalk between histone modification and RNA methylation.

Summary

 Fat mass and obesity-associated protein (FTO), an RNA N⁶-methyladenosine (m⁶A) demethylase, plays oncogenic roles in various cancers, presenting an opportunity for the development of effective targeted therapeutics. Here, we report two potent small-molecule FTO inhibitors that exhibit strong anti-tumor effects in multiple types of cancers. We show that genetic depletion and pharmacological inhibition of FTO dramatically attenuate leukemia stem/initiating cell self-renewal and reprogram immune response by suppressing expression of immune checkpoint genes, especially LILRB4. FTO inhibition sensitizes leukemia cells to T cell cytotoxicity and overcomes hypomethylating agent-induced immune evasion. Our study demonstrates that FTO plays critical roles in cancer stem cell self-renewal and immune evasion and highlights the broad potential of targeting FTO for cancer therapy.

Purpose: The long, noncoding RNA (lncRNA) PVT1 is an important epigenetic regulator with a critical role in human tumors. Here, we aimed to investigate the clinical application and the potential molecular mechanisms of PVT1 in gastric cancer tumorigenesis and progression.Experimental Design: The expression level of PVT1 was determined by RT-qPCR analysis in 190 pairs of gastric cancer tissues and adjacent normal gastric mucosa tissues (ANT). The biologic functions of PVT1 were assessed by in vitro and in vivo functional experiments. RNA protein pull-down assays and LS/MS mass spectrometry analysis were performed to detect and identify the PVT1- interacting protein FOXM1. Protein-RNA immunoprecipitation assays were conducted to examine the interaction of FOXM1 and PVT1 Chromatin immunoprecipitation (ChIP) and luciferase analyses were utilized to identify the binding site of FOXM1 on the PVT1 promoter.Results: The lncRNA PVT1 was significantly upregulated in gastric cancer tissues compared with ANTs. High expression of PVT1 predicted poor prognosis in patients with gastric cancer. PVT1 enhanced gastric cancer cell proliferation and invasion in vitro and in vivoPVT1 directly bound FOXM1 protein and increased FOXM1 posttranslationally. Moreover, PVT1 is also a FOXM1-responsive lncRNA, and FOXM1 directly binds to the PVT1 promoter to activate its transcription. Finally, PVT1 fulfilled its oncogenic functions in a FOXM1-mediated manner.Conclusions: Our study suggests that PVT1 promotes tumor progression by interacting with FOXM1. PVT1 may be a valuable prognostic predictor for gastric cancer, and the positive feedback loop of PVT1-FOXM1 could be a therapeutic target in pharmacologic strategies. Clin Cancer Res; 23(8); 2071-80. ©2016 AACR.