Identification and characterization of genes and proteins involved in the development and progression of melanomas

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0380-2
Title: Identification and characterization of genes and proteins involved in the development and progression of melanomas
Author: Eriksson, Johanna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences, perinnöllisyystiede
University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute, Department of Pathology
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2014-12-05
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0380-2
http://hdl.handle.net/10138/136563
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Cutaneous melanoma is one of the most aggressive malignancies, typified by a high metastatic tendency and refractoriness to treatments. Identification of the molecular mechanisms behind the development and progression of melanomas could provide new insights into treating this challenging disease. The aim of this study was to identify and characterize genes and proteins associated with melanoma development and progression by comparing genome-wide gene expression profiles from different stages of melanoma, and to evaluate their potential as diagnostic and prognostic markers and therapeutic targets. A further aim was to develop sensitive RT-PCR and immunohistochemical assays for the detection of melanoma micrometastases. We found the outgrowth of melanoma metastases to be associated with the activation of stromal fibroblasts, increased TGFβ/Smad2 signaling, and an up-regulation of TGFβ-target genes encoding extracellular matrix proteins fibronectin, collagen-I, periostin, and versican. These proteins were found to form around tumor cells fibrillar networks, which, suggested by our functional studies, promote the growth and migration of tumor cells as well as stromal fibroblasts and endothelial cells. In addition, periostin and cellular fibronectin were found to be specifically up-regulated in newly-formed tumor blood vessels. We further found a common up-regulation of collagen triple helix repeat containing 1 (CTHRC1) and cysteine cathepsin B and L1 proteases during melanoma progression. Our analyses suggest that CTHRC1 is, together with fibronectin and integrin β3, part of the pro-invasive and pro-angiogenic transcriptional program induced by the NFATC2 (nuclear factor of activated T-cells, cytoplasmic, calcineurin-dependent 2) transcription factor. Cathepsins B and L1 (and TGFβ signaling), in turn, were found to play essential roles in the co-invasive process of melanoma cells and activated fibroblasts. Further, our results suggest that high expression of CTHRC1, fibronectin, and cathepsin B in primary melanomas may serve as prognostic factors predicting poor survival. Combined, these results suggest that TGFβ receptors, fibronectin, periostin, and CTHRC1, as well as cathepsins B and L1 are attractive therapeutic targets against advanced melanomas. In addition, we identified the best gene expression markers for the detection of melanoma lymph node metastases. Of the identified genes, melan-A (MLANA), tyrosinase (TYR), melanoma inhibitory activity (MIA), preferentially expressed antigen in melanoma (PRAME), and osteopontin (SPP1) were tested as potential melanoma micrometastasis markers by RT-PCR and immunohistochemistry (IHC). Graded MLANA- and TYR-RT-PCR analyses were found to detected clinically significant metastases better than IHC, suggesting that quantifiable RT-PCR analyses should be used to confirm and complement histological and immunohistochemical examinations. Further, the melanoma-specific genes, PRAME and SPP1, may be used to differentiate melanoma cells from benign nevus cells occasionally residing in lymph nodes.Ihomelanooma, yksi aggressiivisimmista syöpätyypeistä, yleistyy edelleen kaikkialla maailmassa. Melanooma leviää herkästi muualle elimistöön, minkä jälkeen siihen ei ole tehokasta hoitoa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa melanooman kehittymiselle ja leviämiselle tärkeät geenit ja proteiinit vertailemalla eri kehitysvaiheen melanoomanäytteiden geeniekspressioprofiileja ja arvioida näiden molekyylien potentiaalia toimia diagnostisina tai ennusteellisina markkereina tai terapiakohteina melanooman hoidossa. Lisäksi tavoitteena oli kehittää herkkiä RT-PCR ja immunohistokemiallisia analyysejä metastaasien varhaiseen havaitsemiseen. Tutkimuksessamme löysimme, että melanooman metastaasien kasvuun liittyy yleisesti strooman fibroblastisolujen ja transformoivan kasvutekijä beeta (TGF-beeta)-signaalireitin aktivaatio sekä TGF-beetan indusoimien geenien fibronektiinin, periostiinin, kollageeni-I:n ja versikaanin ylituotto. Havaitsimme näiden solunulkoisten matriksiproteiinien järjestäytyvän melanoomasolujen ympärille juostemaisiksi verkostoiksi, jotka säätelevät tuumorisolujen, fibroblastien ja endoteelisolujen liikkumista ja kiinnittymistä ympäristöönsä. Tuloksemme osoittivat myös fibronektiinin ja periostiinin tuoton lisääntyvän erityisesti uusissa tuumoriverisuonissa. Havaitsimme myös erään eritetyn proteiinin, CTHRC1:n (collagen triple helix repeat containing 1), sekä proteaasien katepsiini B ja L1 ylituoton liittyvän melanooman etenemiseen. Tutkimustuloksiemme perusteella ehdotamme, että CTHRC1 kuuluu yhdessä fibronektiinin ja adheesioreseptori integriini beeta 3:n kanssa transkriptiotekijä NFATC2:n säätelemään transkriptio-ohjelmaan, joka vaikuttaa solujen invaasioon ja verisuonten muodostumiseen. Tutkimuksissamme havaitsimme edelleen että katepsiinien B ja L1 aktiivisuus sekä TGF-beetan signalointi ovat välttämättömiä melanoomasolujen ja fibroblastien yhteisessä invaasioprosessissa. Lisäksi löysimme CTHRC1:n, fibronektiinin ja katepsiini B:n ylituoton primaarimelanoomassa korreloivan potilaan huonon ennusteen kanssa. Tutkimuksemme perusteella TGF-beeta-reseptorit, periostiini, fibronektiini ja CTHRC1 sekä katepsiinit B ja L1 ovat hyviä ehdokkaita uusiksi terapiakohteiksi invasiivista/levinnyttä melanoomaa vastaan, koska ne vaikuttavat useisiin metastaasin muodostumiselle tärkeisiin prosesseihin: tuumori- ja stroomasolujen liikkumiseen ja kasvuun sekä uusien verisuonien muodostumiseen. Tunnistimme myös parhaat diagnostiset markkerit mikrometastaasien havaitsemiseen imusolmukkeista. Tuloksien perusteella kehitimme herkkiä RT-PCR-analyysejä, jotka löysivät kliinisesti merkittäviä metastaaseja paremmin kuin käytössä olevat immunohistokemialliset tutkimukset. Lisäksi löysimme kaksi uutta melanooma-spesifistä markkeria, SPP1 ja PRAME, jotka voivat erottaa melanoomasolut hyvänlaatuisista luomisoluista, joita voi esiintyä imusolmukkeissa. Nämä kaksi geeniä ovat usein ylituotettuja melanoomassa ja siten myös hyviä terapiakohteita.
Subject: perinnöllisyystiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
identifi.pdf 3.112Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record