Implications of BRCA1 mutations in basal-like breast cancer development and treatment

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta, biotieteiden laitos fi
dc.contributor Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten, biovetenskapliga institutionen sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences, Devision of Genetics en
dc.contributor Institute for Molecular Medicine Finland (FIMM) en
dc.contributor.author Gu, Yuexi fi
dc.date.accessioned 2015-05-13T07:24:18Z
dc.date.available 2015-06-06 fi
dc.date.available 2015-05-13T07:24:18Z
dc.date.issued 2015-06-16 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-951-51-1196-8 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/154648
dc.description.abstract Women with germline mutations of BRCA1 gene are predisposed to the development of basal-like breast cancer, which is characterized by the absence of the hormonal and growth factor receptors, ER, PR and HER2. Mutation of BRCA1 predicts increased sensitivity to certain DNA-damaging agents, e.g. PARP inhibitors and cisplatin. Yet in clinical trials, some BRCA1-mutant breast tumors show resistance to these drugs. Therefore, it is necessary to understand the molecular mechanisms of the acquired resistance and identify novel therapeutic targets for the treatment of those tumors. In order to better understand the biology of breast cancers caused by BRCA1 mutations, we collected and characterized four BRCA1-mutant breast cancer cell lines as surrogates of BRCA1-mutant tumors. Together with several cell lines expressing wildtype BRCA1, we tested their sensitivities to a panel of DNA-damaging agents. We also carried out a high-throughput chemical compound screen on the BRCA1-mutant and BRCA1-wildtype cell lines, and performed a proteome profiling assay to test the kinase activities of those cell lines. Our results reveal extensive heterogeneity among the BRCA1-mutant breast cancer cell lines, which showed resistance to DNA-damaging agents. Then we created isogenic MDA-MB-231 cells with or without BRCA1 depletion by siRNA transfection, and carried out a high-throughput chemical compound screen on the pair of cells in order to identify potential targets that are synthetically lethal with BRCA1 deficiency. Two proteasome inhibitors, bortezomib and carfilzomib, were found to be able to selectively kill BRCA1-depleted cells. Further studies on mechanisms demonstrate that the proteasome inhibitor bortezomib does not induce DNA damage; rather it inactivates G1 cell cycle checkpoint in BRCA1-deficient cells and leads to the accumulation of these cells at G2/M phase. This is caused by inactivation of the retinoblastoma protein (Rb) through its hyperphosphorylation, which in turn activates its downstream transcription factor E2F1. In addition, bortezomib causes compromised G2/M cell cycle checkpoint in BRCA1-deficient cells, which drives cells to enter mitosis and leads to apoptosis due to uncontrolled cell division. In order to investigate the mechanisms underlying the consistent basal-like phenotype of breast tumors associated with BRCA1 mutations, we established an in vitro assay to study the transition of mouse mammary epithelial cells from luminal to basal lineages. Our results showed that loss of BRCA1 promotes basal-like differentiation by sustaining ΔNp63 activity. In luminal cells, ΔNp63 is not expressed or remains inactive through localization in nucleoli. Depletion of BRCA1 leads to translocation of ΔNp63 into nucleoplasm and promotes transition of luminal cells into a basal state. This study provides a potential link between BRCA1 loss and the basal-like differentiation, which may help to explain why BRCA1-mutant breast cancer tends to bear a basal-like phenotype. en
dc.description.abstract Naiset, jotka kantavat somaattista BRCA1 mutaatiota, ovat alttiita basaalisen rintasyövän synnylle. Tälle syövälle on tyypillistä hormooni-ja kasvutekijäreseptoreiden (ER, PR, Her2) puuttuminen. BRCA1 geenimutaatioiden on havaittu herkistävän syöpäsoluja tietyille DNA vaurioita-aiheuttaville yhdisteille kuten PARP estäjäille ja cisplatiinille. Kliiniset lääkekokeilut ovat kuitenkin paljastaneet osan BRCA1 mutatoituneista kasvaimista vastustuskykyisiksi näille lääkeaineille. Vastustuskyvyn taustalla olevien molekyylitason mekanismien ymmärtäminen on siten ensisijaisen tärkeää uusien lääkekohteiden löytämiselle. Jotta pystyttäisiin paremmin ymmärtämään BRCA1 mutatoituneen rintasyövän biologiaa, tässä väitöskirjatyössä karakterisoitiin neljä BRCA1 mutatoitunutta rintasyöpäsolulinjaa yhdessä usean normaalia BRCA1 geeniä ilmentävien solulinjan kanssa ja seurattiin niiden vastetta DNA-vaurioita aiheuttaville yhdisteille. Lisäksi työssä seulottiin kemiallisilla yhdisteillä ne solulinjat, joille saatiin vaste. Seulottujen solulinjojen vastetta ja kinaasiaktiivisuutta mitattiin proteiinien profilointimenetelmällä. Tuloksemme osoittivat laajamittaista heterogeenisyyttä BRCA1 mutatoituneiden solulinjojen herkkyydessä DNA- vaurioita aiheuttaville yhdisteille. Seuraavaksi hiljensimme MDA-MB-231 solulinjasta BRCA1 geenin siRNA transfektiolla ja solulinjan muuttunutta herkkyyttä eri yhdisteille testattiin kemikaaliseulonnalla. Erot saatiin vertaamalla BRCA1 hiljennettyä linjaa alkuperäiseen BRCA1 ilmentävään MDA-MB-231 kantaan. Tarkoituksena oli löytää mahdollisia uusia lääkekohteita, jotka yhdessä BRCA1 mutaation kanssa johtaisivat solukuolemaan. Seulonnassa löydettiin kaksi proteasomiestäjää bortezomib ja carfilzomib, jotka pystyivät valikoivasti tappamaan BRCA1 mutatoidut solut. Mekanistiset jatkotutkimukset paljastivat, ettei bortezomib aiheuttanut DNA vaurioita vaan esti G1 solusylin pysäytysvaiheen BRCA1-puutteisissa soluissa ja johtaa näiden solujen kerääntymisen G2/M vaiheeseen. Tämä oli seurausta retinoblastoma proteiinin (Rb) inaktivaatiosta hyperfosforylaation kautta, joka vuorostaan aktivoi transkiptiotekijä E2F1n. Lisäksi bortezomib aiheutti osittaisen G2/M solusyklin pysäytyksen BRCA1 puutteisissa soluissa, joka ajoi solut mitoosiin ja edelleen ohjelmoituun solukuolemaan halitsemattoman solunjakautumisen seurauksena. Tutkiaksemme mekanismeja, jotka johtavat basaalisen rintasyövän syntyyn, pystytimme in vitro-menetelmän, jonka avulla seurasimme hiiren maitorauhasen primaarisolujen erilaistumista luminaalisesta basaaliseen ilmiasuun. Tuloksemme osoittavat BRCA1 puutoksen edistävän Np63 aktiivisuutta, joka on keskeinen tekijä solujen erilaistumisessa basaalisoluiksi. ΔNp63 ei ilmenny luminaalisoluissa tai proteiinia hajoitetaan jatkuvasti, minkä vuoksi sen nähdään lokalisoituvan tumajyväsiin. BRCA1 geenin poisto näytti johtavan ΔNp63 aktivoitumiseen ja lokalisoitumiseen tumaan, minkä seurauksena soluidentiteetti muuttui kohti basaalista. Tulokset selittänevät osaltaan mahdollisesti miksi BRCA1 mutatoituneilla rintasyövillä on usein basaalinen ilmiasu. fi
dc.format.mimetype application/pdf fi
dc.language.iso en fi
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-951-51-1195-1 fi
dc.relation.isformatof 2342-3161 fi
dc.relation.ispartof Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis fi
dc.relation.ispartof URN:ISSN:2342-317X fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject genetics fi
dc.title Implications of BRCA1 mutations in basal-like breast cancer development and treatment en
dc.title.alternative BRCA1 basaalisen rintasyövän synnyssä ja hoidossa fi
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Kuznetsov, Sergey fi
dc.opn Sørensen, Claus Storgaard fi
dc.type.dcmitype Text fi

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
implicat.pdf 1.181Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record