Opin vísindi

Identification of novel progression-related candidate genes in breast cancer

Identification of novel progression-related candidate genes in breast cancer


Titill: Identification of novel progression-related candidate genes in breast cancer
Höfundur: Amirfallah, Arsalan
Leiðbeinandi: Inga Reynisdóttir
Útgáfa: 2021-06-15
Tungumál: Enska
Háskóli/Stofnun: Háskóli Íslands
University of Iceland
Svið: Heilbrigðisvísindasvið (HÍ)
School of Health Sciences (UI)
Deild: Læknadeild (HÍ)
Faculty of Medicine (UI)
ISBN: 978-9935-9586-6-2
Efnisorð: Breast cancer progression; Fusion genes screening; VMP1; hsa-miR-21-3p; Brjóstakrabbamein; Genarannsóknir; Læknisfræði; Doktorsritgerðir
URI: https://hdl.handle.net/20.500.11815/2633

Skoða fulla færslu

Útdráttur:

 
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.
 

Skrár

Þetta verk birtist í eftirfarandi safni/söfnum: