FUNCTIONAL CHARACTERIZATION OF GENETIC DEFECTS IN TUMORIGENESIS

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-3643-5
Title: FUNCTIONAL CHARACTERIZATION OF GENETIC DEFECTS IN TUMORIGENESIS
Author: Turunen, Mikko
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Research Programs Unit
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Clonal selection events are the driving force of tumorigenesis. Because of the rapid development of efficient methods for detecting disease linked genetic alterations, we are now faced with the problem that many of the newly identified genetic alterations lack a functional mechanistic characterization. In my thesis, I have focused on mechanistic characterization on 4 (I-IV) different, globally significant, clonal selected events in colorectal cancer (CRC) and in uterine leiomyoma (UL). I.  Uterine leiomyomas (ULs) are one of the most common human tumors. The most frequent genetic alteration in ULs are somatic missense mutations detected in codons 36, 43 and 44 in the exon 2 of Mediator subunit 12 (MED12), which are found in ~70% of all tumors. Affinity purification-mass spectrometry revealed that these oncogenic mutations specifically disrupt the MED12-CyclinC binding interface, which diminishes the ability of MED12 to interact with CyclinC-CDK8/19 thereby causing reduced kinase activity of the whole transcriptional coactivator Mediator complex. These results suggest that the impaired kinase activity of the Mediator could be the cause of the leiomyoma phenotype. II. Apart from somatic mutations, one of the main ways to introduce cellular alterations is to alter gene dosage. This often occurs through copy-number alterations (CNA) and allelic imbalance (AI) of different size genomic fragments within cells. By analyzing 1699 tumor samples, we were able to identify the common AI regions in CRC. Using systematic CRISPR-Cas9 and CRISPRa-dCas9 screens we were able to identify the plausible target genes of these AI events. These results indicate that apart from known CRC drivers, which are often somatically mutated, CNA / AI regions contain lots of genes, whose altered dosage can alter cellular proliferation, providing cancer cells with a proliferative advantage for clonal selection. III. SNPs are the most common type of genetic variants among people. Some of the variant carrying alleles are clonally selected during diseases, such as cancer. The G variant in rs6983267 located in 8q24 is known to cause more cancer related mortality than any other inherited human genetic mutation or variant. ChIP assay demonstrated that rs6983267-site functions as TCF7L2 transcription factor (TF) binding site, whereby the risk G allele causes a stronger binding of the protein to this binding site in CRC cells. The genomic location of rs6983267 was shown to function as transcriptional enhancer element with the proto-oncogene CMYC as probable target gene. IV. Somatic mutations are the dominant mechanism for inactivating tumor suppressors and activating oncogenes in Microsatellite instable (MSI) colorectal cancers. The circadian rhythm regulator gene CLOCK was identified as the most down regulated, and one of the most frequently mutated genes in MSI tumors. The identified mutations result in a truncated protein product, which was able to bind DNA, dimerize with BMAL and weakly activate transcription, but according to ChIP-seq, had lost its DNA binding specificity, and thus the ability to regulate the circadian target genes. By this way truncated CLOCK could function in dominant negative manner. These results suggest that mutations affecting the regulators of circadian rhythm can be frequently found in cancer, and therefore could help to understand the well-known linkage from epidemiologic studies between disrupted circadian rhythm and cancer incidence.Johtuen nopeasta teknologisesta kehityksestä mm. DNA sekvensoinnin alalla erilaisia sairauksiin liittyviä geneettisiä mutaatioita ja variantteja on tunnistettu valtavasti. Usein ei kuitenkaan tunneta täsmällistä mekanismia, jolla tietty mutaatio vaikuttaa sairauden syntyyn tai kehittymiseen. Väitöskirjassani olen tutkinut neljässä projektissa (I-IV) kohdun leiomyooman ja paksusuolen syövän yleisimpiä geenimutaatioita ja genomimuunnoksia sekä tutkinut mekanistisia syitä, miksi nämä mutaatiot ja muunnokset johtavat kasvainten syntyyn. I. Selvitimme, että kohdun leiomyooman yleisin geenimutaatio (G44D) transkriptiota säätelevässä MED12 geenissä heikentää MED12 proteiinin vuorovaikutusta CycC-CDK8/CDK19 proteiinien kanssa, johtaen koko Mediaattori-kompleksin heikentyneeseen kinaasiatiivisuuteen. II. Tunnistimme 1699 paksusuolen syöpänäytteestä genomiset alueet, joissa sijaitsevat yleisimmät kromosomi kopiolukumuutokset koko kasvaintyypissä. Lisäksi teimme kaikille näillä alueilla sijaitseville geeneille 33 päivää kestävät systemaattiset CRISPR-Cas9 ja CRISPRa-dCas9 seulontakokeet kolmessa eri paksusuolen syöpäsolulinjassa. Nämä kokeet paljastivat geenit, joiden ilmentymisen muutokset johtavat poikkeavaan syöpäsolujen jakautumiseen. Nämä geenit ovat todennäköisiä kohdegeenejä paksusuolensyövän kopiolukumuutoksissa, ja täten uusia potentiaalisia paksusuolensyövän kasvugeenejä. III. Selvitimme että ihmisillä eniten syöpäkuolleisuutta aiheuttava perinnöllinen genomivariantti rs6983267 sijaitsee keskellä transkriptiotekijä TCF7l2 kromatiinilla sijaitsevaa sitoutumispaikkaa 335kb etäisyydellä CMYC syöpägeenistä. Tämä variantin sisältävä sitoutumispaikka toimii Wnt-signalointireitin säätelyelementtinä, jonka kohdegeeni vaikuttaisi olevan syöpägeeni CMYC. IV. Tunnistimme vuorokausirytmiä säätelevän transkriptiotekijä CLOCK:in olevan yksi yleisimmin mikrosatelliitti-instabiilissa (MSI) paksusuolensyövässä mutatoituneista geeneistä. Yleisimmin tavattu mutaatio lyhentää CLOCK-proteiinia jolloin CLOCK pystyy edelleen sitoutumaan DNA:han ja dimerisoitumaan transkriptiotekijä BMAL:n kanssa, mutta ei enää pysty säätelemään tunnettuja vuorokausirytmiä sääteleviä kohdegeenejään kromatiinilla. CLOCK-proteiinin lyhentyminen myös muuttaa solun vastetta, kun sen DNA vahingoittuu.
URI: URN:ISBN:978-951-51-3643-5
http://hdl.handle.net/10138/225149
Date: 2017-11-06
Subject:
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

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record