In an RNAi screen targeting chromatin regulators, Vakoc and colleagues find that maintenance of acute myeloid leukaemia (AML) requires Brd4, which binds to acetylated histones to influence gene transcription. Brd4 regulates expression of the oncogene Myc and a Myc-driven gene-expression program that permits leukaemia cells to self-renew. JQ1, a small molecule that inhibits Brd4 function, has anti-leukaemic effects in a mouse model and inhibits the proliferation of primary human AML cells, suggesting a therapeutic approach in patients with AML. Epigenetic pathways can regulate gene expression by controlling and interpreting chromatin modifications. Cancer cells are characterized by altered epigenetic landscapes, and commonly exploit the chromatin regulatory machinery to enforce oncogenic gene expression programs1. Although chromatin alterations are, in principle, reversible and often amenable to drug intervention, the promise of targeting such pathways therapeutically has been limited by an incomplete understanding of cancer-specific dependencies on epigenetic regulators. Here we describe a non-biased approach to probe epigenetic vulnerabilities in acute myeloid leukaemia (AML), an aggressive haematopoietic malignancy that is often associated with aberrant chromatin states2. By screening a custom library of small hairpin RNAs (shRNAs) targeting known chromatin regulators in a genetically defined AML mouse model, we identify the protein bromodomain-containing 4 (Brd4) as being critically required for disease maintenance. Suppression of Brd4 using shRNAs or the small-molecule inhibitor JQ1 led to robust antileukaemic effects in vitro and in vivo, accompanied by terminal myeloid differentiation and elimination of leukaemia stem cells. Similar sensitivities were observed in a variety of human AML cell lines and primary patient samples, revealing that JQ1 has broad activity in diverse AML subtypes. The effects of Brd4 suppression are, at least in part, due to its role in sustaining Myc expression to promote aberrant self-renewal, which implicates JQ1 as a pharmacological means to suppress MYC in cancer. Our results establish small-molecule inhibition of Brd4 as a promising therapeutic strategy in AML and, potentially, other cancers, and highlight the utility of RNA interference (RNAi) screening for revealing epigenetic vulnerabilities that can be exploited for direct pharmacological intervention.

We report the development of a rapid nonradioactive technique for the genetic prediction of human disease and its diagnostic application to hemophilia A. This method is based on enzymatic amplification of short segments of human genes associated with inherited disorders. A novel feature of the procedure is the use of a heat-stable DNA polymerase, which allows the repeated rounds of DNA synthesis to proceed at 63 degrees C. The high sequence specificity of the amplification reaction at this elevated temperature permits restriction-site polymorphisms, contained in the amplified samples, to be analyzed by visual inspection of their digestion products on polyacrylamide gels. By means of this method, we have performed carrier detection and prenatal diagnosis of hemophilia in two families with use of the factor VIII intragenic polymorphisms identified by the restriction enzymes BclI and XbaI. Predictions can be made directly from chorionic villi, without previous DNA extraction, and fetal sex can be determined by amplification of sequences specific for the Y chromosome. Specific amplification of genomic sequences with heat-stable DNA polymerase is applicable to the diagnosis of a wide variety of inherited disorders. These include diseases diagnosed by restriction-site variation, such as Duchenne's muscular dystrophy and sickle cell anemia, those due to a collection of known mutations, such as beta-thalassemia, and those due to gene deletion, such as alpha-thalassemia.

Cellular senescence acts as a potent barrier to tumorigenesis and contributes to the anti-tumor activity of certain chemotherapeutic agents. Senescent cells undergo a stable cell cycle arrest controlled by RB and p53 and, in addition, display a senescence-associated secretory phenotype (SASP) involving the production of factors that reinforce the senescence arrest, alter the microenvironment, and trigger immune surveillance of the senescent cells. Through a proteomics analysis of senescent chromatin, we identified the nuclear factor-κB (NF-κB) subunit p65 as a major transcription factor that accumulates on chromatin of senescent cells. We found that NF-κB acts as a master regulator of the SASP, influencing the expression of more genes than RB and p53 combined. In cultured fibroblasts, NF-κB suppression causes escape from immune recognition by natural killer (NK) cells and cooperates with p53 inactivation to bypass senescence. In a mouse lymphoma model, NF-κB inhibition bypasses treatment-induced senescence, producing drug resistance, early relapse, and reduced survival. Our results demonstrate that NF-κB controls both cell-autonomous and non-cell-autonomous aspects of the senescence program and identify a tumor-suppressive function of NF-κB that contributes to the outcome of cancer therapy.

The malignant cells of acute promyelocytic leukemia (APL) contain a reciprocal chromosomal translocation that fuses the promyelocytic leukemia gene ( PML ) with the retinoic acid receptor α gene ( RAR α). To test the hypothesis that the chimera PMLRAR α plays a role in leukemogenesis, we expressed a PMLRAR α cDNA in myeloid cells of transgenic mice. PMLRAR α transgenic mice exhibited impaired neutrophil maturation early in life, which progressed at a low frequency over the course of several months to overt APL. Both the preleukemic state and the leukemia could be transplanted to nontransgenic mice, and the transplanted preleukemia could progress to APL. The APL recapitulated features of the human disease, including a response to retinoic acid. Retinoic acid caused the leukemic cells to differentiate in vitro and in vivo , eliciting remissions of both the preleukemic state and APL in mice. Our results demonstrate that PMLRAR α impairs neutrophil differentiation and initiates the development of APL. The transgenic mice described here provide an apparently accurate model for human APL that includes clear evidence of tumor progression. The model should be useful for exploring the molecular pathogenesis of APL and the mechanisms of the therapeutic response to retinoic acid, as well as for preclinical studies of therapeutic regimens.

The hematopathology subcommittee of the Mouse Models of Human Cancers Consortium recognized the need for a classification of murine hematopoietic neoplasms that would allow investigators to diagnose lesions as well-defined entities according to accepted criteria. Pathologists and investigators worked cooperatively to develop proposals for the classification of lymphoid and nonlymphoid hematopoietic neoplasms. It is proposed here that nonlymphoid hematopoietic neoplasms of mice be classified in 4 broad categories: nonlymphoid leukemias, nonlymphoid hematopoietic sarcomas, myeloid dysplasias, and myeloid proliferations (nonreactive). Criteria for diagnosis and subclassification of these lesions include peripheral blood findings, cytologic features of hematopoietic tissues, histopathology, immunophenotyping, genetic features, and clinical course. Differences between murine and human lesions are reflected in the terminology and methods used for classification. This classification will be of particular value to investigators seeking to develop, use, and communicate about mouse models of human hematopoietic neoplasms.

Although human cancers have complex genotypes and are genomically unstable, they often remain dependent on the continued presence of single-driver mutations—a phenomenon dubbed “oncogene addiction.” Such dependencies have been demonstrated in mouse models, where conditional expression systems have revealed that oncogenes able to initiate cancer are often required for tumor maintenance and progression, thus validating the pathways they control as therapeutic targets. Here, we implement an integrative approach that combines genetically defined mouse models, transcriptional profiling, and a novel inducible RNAi platform to characterize cellular programs that underlie addiction to MLL-AF9—a fusion oncoprotein involved in aggressive forms of acute myeloid leukemia (AML). We show that MLL-AF9 contributes to leukemia maintenance by enforcing a Myb-coordinated program of aberrant self-renewal involving genes linked to leukemia stem cell potential and poor prognosis in human AML. Accordingly, partial and transient Myb suppression precisely phenocopies MLL-AF9 withdrawal and eradicates aggressive AML in vivo without preventing normal myelopoiesis, indicating that strategies to inhibit Myb-dependent aberrant self-renewal programs hold promise as effective and cancer-specific therapeutics. Together, our results identify Myb as a critical mediator of oncogene addiction in AML, delineate relevant Myb target genes that are amenable to pharmacologic inhibition, and establish a general approach for dissecting oncogene addiction in vivo.

The genetic heterogeneity of cancer influences the trajectory of tumor progression and may underlie clinical variation in therapy response. To model such heterogeneity, we produced genetically and pathologically accurate mouse models of common forms of human acute myeloid leukemia (AML) and developed methods to mimic standard induction chemotherapy and efficiently monitor therapy response. We see that murine AMLs harboring two common human AML genotypes show remarkably diverse responses to conventional therapy that mirror clinical experience. Specifically, murine leukemias expressing the AML1/ETO fusion oncoprotein, associated with a favorable prognosis in patients, show a dramatic response to induction chemotherapy owing to robust activation of the p53 tumor suppressor network. Conversely, murine leukemias expressing MLL fusion proteins, associated with a dismal prognosis in patients, are drug-resistant due to an attenuated p53 response. Our studies highlight the importance of genetic information in guiding the treatment of human AML, functionally establish the p53 network as a central determinant of chemotherapy response in AML, and demonstrate that genetically engineered mouse models of human cancer can accurately predict therapy response in patients.