Breast cancer is the most common type of cancer in women worldwide. It is
also a highly heterogeneous disease that is characterized by an array of
genetic rearrangements, including copy number alterations (CNA),
translocations, inversions, insertions, and deletions. Despite progress in
targeted therapy, tailored to the patient genetic background, disease relapse
is not uncommon, even 6 to 10 years after the initial diagnosis. Because of
variety of molecular subtypes and heterogenicity of breast cancer, identifying
prognostic and predictive markers has been challenging. Thus, novel
approaches to identifying breast cancer genes must be developed.
Inter-chromosomal and intrachromosomal rearrangements can generate
fusion genes with oncogenic properties (e.g., oncogene activation, tumor
suppressor deletion/downregulation, or chimeric proteins capable of altering
cellular pathways); and genes fusions can dysregulate expression of host
genes and intragenic miRNAs. We speculated that genes frequently involved
in gene fusions in breast tumors are likely associated with breast cancer
development and progression.
We developed a novel approach to identify new breast cancer genes.
Here, we screened publicly available databanks for fusion genes in breast
cancer cell lines and tumors, and candidates had to pass three criteria: 1) the
breakpoint must be similar in breast tumors and cell lines, 2) the lesion must
be recurrent in tumors, 3) but not located within an amplicon carrying a
known oncogene (unless it is part of the fusion), and 4) possess a function
supportive of tumorigenesis. Next, the genes that make up the selected
fusion gene had to meet two conditions: 1) Show a high positive correlation
between gene copy number variations and their mRNA levels, and 2) show a
correlation between the expression of the genes and the clinical and
pathological aspects of a breast cancer cohort accessible in an open
database. Subsequently, Vacuole membrane protein (VMP1) was selected
for further research.
By screening two Icelandic breast cancer cohorts and confirming results in
two, large, publicly available, breast-cancer cohorts, we identified vacuole
membrane protein 1 (VMP1) as a candidate gene involved in the
development of breast tumors, particularly the HER2-positive subtype. The
role of VMP1 was explored further in HER2 positive BC cell lines and
although it did not affect proliferation further studies will reveal whether it
affects cellular migration and invasion as well as drug resistance due to its
role in autophagy.
The study on VMP1 lead us to the study of a second gene, MIR21. Since
there is considerable sequence overlap between the two genes, the
possibility remained that expression from the two genes could affect one
another. Also, while hsa-miR-21-5p is a well-known oncomir in breast
cancer, its “sibling” hsa-miR-21-3p is hardly studied at all. Notably, we found
hsa-miR-21-3p (which is transcribed from its own promoter, within intron 10
of VMP1) is a potential marker for breast tumors, confirming the validity of our
approach. Data from these two studies showed that screening for fusion
genes is a viable method for identifying novel cancer-associated genes.
Further, functional cell-based experiments are expected to shed light on the
biology of VMP1 and hsa-miR-21-3p, in health and disease.
Brjóstakrabbamein er eitt algengasta krabbamein kvenna á heimsvísu.
Myndun brjóstaæxla er af margvíslegum toga og m.a. geta breytingar í
erfðaefni s.s. stökkbreytingar, genamögnun, litningayfirfærsla, viðsnúningar,
innskot og úrfellingar ýtt undir myndun þess. Þrátt fyrir framfarir í
einstaklingsmiðaðri meðferð sem byggir á erfðabakgrunni sjúklingsins þá
getur meinið komið aftur, jafnvel sex til tíu árum eftir greiningu. Vegna
margbreytilegs uppruna brjóstaæxla og mismunandi sameindafræðilegra
undirhópa getur verið snúið að finna lífmörk (e. marker) sem spá fyrir um
horfur sjúklinganna. Skilgreining nýrra gena sem taka þátt í æxlisþroska gefur
skýrari mynd af því hvernig æxlin taka breytingum, sérstaklega á frumu- og
sameindafræðigrunni. Slíka þekkingu mætti nota við að spá fyrir um horfur
sjúklinga, genin mætti nota sem ný lyfjamörk og gæti hún leitt til betri
eftirfylgni fyrir sjúklinginn.
Stökk og snúningar litningabúta innan litnings eða á milli litninga geta leitt
til myndunar samrunagena, sem sum hver fá við það illkynja eiginleika. Þau
geta orðið ofvirk, e.k. æxlisgen, eða vanvirk, e.k. æxlisbæligen, og einnig
myndað ný prótein sem geta haft áhrif á boðleiðir frumunnar. Samrunagen
geta myndað samrunaprótein, þ.e. samsett úr hlutum tveggja gena, og geta
þau ruglað tjáningu frá genum og microRNA (MIR), sem eru stundum
staðsett innan þeirra. Við settum fram þá tilgátu að stakt gen sem kæmi
endurtekið fyrir í samrunageni í brjóstaæxlum gæti mögulega verið áhrifagen
í brjóstakrabbameinsþróun.
Í verkefninu er stuðst við nýja nálgun til að skilgreina áður óþekkt
áhrifagen brjóstakrabbameins. Hún er sú að bera saman samrunagen í
brjóstaæxlum og í brjóstakrabbameinsfrumulínum og velja þau sem finnast í
báðum. Til að verða fyrir valinu þurftu samrunagenin að uppfylla eftirfarandi
skilyrði: 1) vera samsett á sem líkastan hátt í æxlum og frumulínum, 2) vera
síendurtekin í æxlum, 3) ekki vera staðsett innan mögnunarsvæðis þekkts
æxlisgens nema það væri hluti af samrunageninu, og 4) að genin hefðu virkni
sem styður við æxlisþróun. Því næst þurftu genin, sem mynda völdu
samrunagenin, að uppfylla tvö skilyrði: 1) sýna háa jákvæða fylgni á milli
eintaka gens og mRNA magn þess og 2) sýna fylgni tjáningar gensins við
klíníska og meinafræði þætti í sjúklingahópi sem er aðgengilegur í opnum gagnabanka. Í kjölfarið var Vacuole membrane protein (VMP1) valið til
frekari rannsókna. Magn VMP1 mRNA var mælt í brjóstaæxlum tveggja
íslenskra hópa. Marktæk tengsl sáust á milli hárrar VMP1 mRNA tjáningar við
klíníska og meinafræðiþætti, sem tengjast verri horfum, og við skemmri
sjúkdómsfría lifun. Tveir erlendir hópar brjóstakrabbameinssjúklinga voru
notaðir til að staðfesta niðurstöðurnar og leiddu frekari rannsóknir í ljós að
VMP1 tengdist helst skemmri lifun hjá sjúklingum með HER2 jákvæð æxli.
Rannsóknir á VMP1 leiddu til rannsókna á hinu áhrifageni verkefnisins,
sem er MIR21. Bæði genin eru staðsett á litningasvæði 17q23.1 og skarast
5´ endi MIR21 við 3´ enda VMP1. Vegna þessa var hugsanlegt að þau hefðu
áhrif á tjáningu hvors annars þó hvort genið um sig hafi eigið stýrisvæði.
Þrátt fyrir að hsa-miR-21-5p sé vel þekkt áhrifagen í brjóstakrabbameini
(æxlismir) þá er „systkini“ þess hsa-miR-21-3p lítið rannsakað. Við könnuðum
áhrif hsa-miR-21-3p í sömu sjúklingahópum og VMP1 og niðurstöður okkar
benda til þess að hsa-miR-21-3p er einnig hugsanlegt áhrifagen í þróun
brjóstaæxla.
Niðurstöður þessara rannsókna sýna að aðferð okkar við að skima
samrunagen til að finna hugsanleg áhrifagen í framvindu brjóstaæxla virkar.
Rannsóknir á virkni VMP1 á sameindafræðigrunni eru hafnar í
brjóstakrabbameinsfrumulínum.
