The EZH2 histone methyltransferase is highly expressed in germinal center (GC) B cells and targeted by somatic mutations in B cell lymphomas. Here, we find that EZH2 deletion or pharmacologic inhibition suppresses GC formation and functions. EZH2 represses proliferation checkpoint genes and helps establish bivalent chromatin domains at key regulatory loci to transiently suppress GC B cell differentiation. Somatic mutations reinforce these physiological effects through enhanced silencing of EZH2 targets. Conditional expression of mutant EZH2 in mice induces GC hyperplasia and accelerated lymphomagenesis in cooperation with BCL2. GC B cell (GCB)-type diffuse large B cell lymphomas (DLBCLs) are mostly addicted to EZH2 but not the more differentiated activated B cell (ABC)-type DLBCLs, thus clarifying the therapeutic scope of EZH2 targeting.

Recurrent somatic ASXL1 mutations occur in patients with myelodysplastic syndrome, myeloproliferative neoplasms, and acute myeloid leukemia, and are associated with adverse outcome. Despite the genetic and clinical data implicating ASXL1 mutations in myeloid malignancies, the mechanisms of transformation by ASXL1 mutations are not understood. Here, we identify that ASXL1 mutations result in loss of polycomb repressive complex 2 (PRC2)-mediated histone H3 lysine 27 (H3K27) tri-methylation. Through integration of microarray data with genome-wide histone modification ChIP-Seq data, we identify targets of ASXL1 repression, including the posterior HOXA cluster that is known to contribute to myeloid transformation. We demonstrate that ASXL1 associates with the PRC2, and that loss of ASXL1 in vivo collaborates with NRASG12D to promote myeloid leukemogenesis.

Mutations affecting spliceosomal proteins are the most common mutations in patients with myelodysplastic syndromes (MDS), but their role in MDS pathogenesis has not been delineated. Here we report that mutations affecting the splicing factor SRSF2 directly impair hematopoietic differentiation in vivo, which is not due to SRSF2 loss of function. By contrast, SRSF2 mutations alter SRSF2's normal sequence-specific RNA binding activity, thereby altering the recognition of specific exonic splicing enhancer motifs to drive recurrent mis-splicing of key hematopoietic regulators. This includes SRSF2 mutation-dependent splicing of EZH2, which triggers nonsense-mediated decay, which, in turn, results in impaired hematopoietic differentiation. These data provide a mechanistic link between a mutant spliceosomal protein, alterations in the splicing of key regulators, and impaired hematopoiesis.

Leukemias bearing heterozygous mutations in the SRSF2 splicing-factor-encoding gene can be therapeutically targeted by pharmacologic inhibition of residual spliceosome function. Mutations in genes encoding splicing factors (which we refer to as spliceosomal genes) are commonly found in patients with myelodysplastic syndromes (MDS) and acute myeloid leukemia (AML)1,2,3. These mutations recurrently affect specific amino acid residues, leading to perturbed normal splice site and exon recognition4,5,6. Spliceosomal gene mutations are always heterozygous and rarely occur together with one another, suggesting that cells may tolerate only a partial deviation from normal splicing activity. To test this hypothesis, we engineered mice to express a mutated allele of serine/arginine-rich splicing factor 2 (Srsf2P95H)—which commonly occurs in individuals with MDS and AML—in an inducible, hemizygous manner in hematopoietic cells. These mice rapidly succumbed to fatal bone marrow failure, demonstrating that Srsf2-mutated cells depend on the wild-type Srsf2 allele for survival. In the context of leukemia, treatment with the spliceosome inhibitor E7107 (refs. 7,8) resulted in substantial reductions in leukemic burden, specifically in isogenic mouse leukemias and patient-derived xenograft AMLs carrying spliceosomal mutations. Whereas E7107 treatment of mice resulted in widespread intron retention and cassette exon skipping in leukemic cells regardless of Srsf2 genotype, the magnitude of splicing inhibition following E7107 treatment was greater in Srsf2-mutated than in Srsf2-wild-type leukemia, consistent with the differential effect of E7107 on survival. Collectively, these data provide genetic and pharmacologic evidence that leukemias with spliceosomal gene mutations are preferentially susceptible to additional splicing perturbations in vivo as compared to leukemias without such mutations. Modulation of spliceosome function may thus provide a new therapeutic avenue in genetically defined subsets of individuals with MDS or AML.

The tumor suppressors BAP1 and ASXL1 interact to form a polycomb deubiquitinase complex that removes monoubiquitin from histone H2A lysine 119 (H2AK119Ub). However, BAP1 and ASXL1 are mutated in distinct cancer types, consistent with independent roles in regulating epigenetic state and malignant transformation. Here we demonstrate that Bap1 loss in mice results in increased trimethylated histone H3 lysine 27 (H3K27me3), elevated enhancer of zeste 2 polycomb repressive complex 2 subunit (Ezh2) expression, and enhanced repression of polycomb repressive complex 2 (PRC2) targets. These findings contrast with the reduction in H3K27me3 levels seen with Asxl1 loss. Conditional deletion of Bap1 and Ezh2 in vivo abrogates the myeloid progenitor expansion induced by Bap1 loss alone. Loss of BAP1 results in a marked decrease in H4K20 monomethylation (H4K20me1). Consistent with a role for H4K20me1 in the transcriptional regulation of EZH2, expression of SETD8-the H4K20me1 methyltransferase-reduces EZH2 expression and abrogates the proliferation of BAP1-mutant cells. Furthermore, mesothelioma cells that lack BAP1 are sensitive to EZH2 pharmacologic inhibition, suggesting a novel therapeutic approach for BAP1-mutant malignancies.

Somatic Addition of Sex Combs Like 1 (ASXL1) mutations occur in 10-30% of patients with myeloid malignancies, most commonly in myelodysplastic syndromes (MDSs), and are associated with adverse outcome. Germline ASXL1 mutations occur in patients with Bohring-Opitz syndrome. Here, we show that constitutive loss of Asxl1 results in developmental abnormalities, including anophthalmia, microcephaly, cleft palates, and mandibular malformations. In contrast, hematopoietic-specific deletion of Asxl1 results in progressive, multilineage cytopenias and dysplasia in the context of increased numbers of hematopoietic stem/progenitor cells, characteristic features of human MDS. Serial transplantation of Asxl1-null hematopoietic cells results in a lethal myeloid disorder at a shorter latency than primary Asxl1 knockout (KO) mice. Asxl1 deletion reduces hematopoietic stem cell self-renewal, which is restored by concomitant deletion of Tet2, a gene commonly co-mutated with ASXL1 in MDS patients. Moreover, compound Asxl1/Tet2 deletion results in an MDS phenotype with hastened death compared with single-gene KO mice. Asxl1 loss results in a global reduction of H3K27 trimethylation and dysregulated expression of known regulators of hematopoiesis. RNA-Seq/ChIP-Seq analyses of Asxl1 in hematopoietic cells identify a subset of differentially expressed genes as direct targets of Asxl1. These findings underscore the importance of Asxl1 in Polycomb group function, development, and hematopoiesis.

BRAF V600E is the genetic lesion underlying hairy-cell leukemia. We assessed the safety and activity of the oral BRAF inhibitor vemurafenib in patients with hairy-cell leukemia that had relapsed after treatment with a purine analogue or who had disease that was refractory to purine analogues.

Significance Myeloproliferative neoplasms (MPN) are chronic hematopoietic disorders characterized by clonal proliferation of mature myeloid elements. A subset of MPNs transforms to acute myeloid leukemia (AML). The mechanisms and pathways that contribute to transformation from MPN to AML have not been well delineated. We have characterized the somatic mutational spectrum of post-MPN AML and demonstrate that somatic tumor protein 53 ( TP53 ) mutations are common in JAK2 V617F - mutant, post-MPN AML but not in chronic-phase MPN. We demonstrate that expression of JAK2 V617F combined with Tp53 loss in a murine model leads to fully penetrant AML in vivo . We have characterized this model and used it to test therapeutic strategies. These data reveal novel insights into the pathogenesis of, and potential therapeutic strategies for, leukemic transformation.

Sum m a r yVemurafenib, a selective RAF inhibitor, extends survival among patients with BRAF V600E-mutant melanoma.Vemurafenib inhibits ERK signaling in BRAF V600Emutant cells but activates ERK signaling in BRAF wild-type cells.This paradoxical activation of ERK signaling is the mechanistic basis for the development of RASmutant squamous-cell skin cancers in patients treated with RAF inhibitors.We report the accelerated growth of a previously unsuspected RAS-mutant leukemia in a patient with melanoma who was receiving vemurafenib.Exposure to vemurafenib induced hyperactivation of ERK signaling and proliferation of the leukemic cell population, an effect that was reversed on drug withdrawal.