Characterization of the HMGA subtype uterine leiomyomas by whole-genome sequencing

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202106032471
Title: Characterization of the HMGA subtype uterine leiomyomas by whole-genome sequencing
Alternative title: Kohdun leiomyoomien HMGA-alatyypin karakterisointi kokogenomisekvensoinnin avulla
Author: Jokinen, Vilja
Other contributor: Helsingin yliopisto, Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Helsingfors universitet, Bio- och miljövetenskapliga fakulteten
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202106032471
http://hdl.handle.net/10138/330537
Thesis level: master's thesis
Degree program: Genetiikan ja molekulaaristen biotieteiden maisteriohjelma
Master's Programme in Genetics and Molecular Biosciences
Magisterprogrammet i genetik och molekylära biovetenskaper
Specialisation: Genetiikka ja genomiikka
Genetics and Genomics
Genetik och genomik
Abstract: Kohdun leiomyoomat ovat hyvänlaatuisia sileän lihaskudoksen kasvaimia. Ne ovat hyvin yleisiä, ja niitä esiintyy jopa 70 % naisista 50 ikävuoteen mennessä. Yleensä leiomyoomat ovat oireettomia, mutta osalla potilaista esiintyy monenlaisia oireita, kuten normaalista poikkeavia vuotoja, alavatsan kipuja, tihentynyttä virtsaamistarvetta ja ummetusta. Kohdun leiomyoomat voivat aiheuttaa myös vaikeuksia tulla raskaaksi. Geneettiset muutokset tunnetuissa ajurigeeneissä (driver genes) MED12, HMGA2, FH ja COL4A5-6 aiheuttavat noin 90 % kaikista leiomyoomista. Mutaatiot näissä geeneissä aiheuttavat erilaisia muutoksia solujen geeniekspressiossa ja siten leiomyoomat voidaan luokitella molekulaarisiin alatyyppeihin. Suurin osa aiemmista tutkimuksista, joissa kromosomaalisia muutoksia on tutkittu kokogenomisekvensointidatasta, on tehty käyttäen tuorenäytteitä. Tämän tutkimuksen yksi tarkoitus oli tutkia, soveltuvatko parafiiniblokkeihin säilötyt kudosnäytteet kromosomaalisten muutosten tutkimiseen. Aiempien 3’RNA-sekvensoinnin tulosten perusteella useiden immunohistokemialla HMGA2-negatiivisiksi luokiteltujen leiomyoomanäytteiden geeniekspressio oli hyvin samankaltaista HMGA2-positiivisten leiomyoomien kanssa. Kaikissa näissä näytteissä PLAG1 oli yliekspressoitu, ja joissakin näytteissä lisäksi HMGA2 tai HMGA1 yliekspressoituivat 3’RNA-sekvensointitulosten perusteella. Tämän tutkimuksen toinen tavoite oli tunnistaa kokogenomisekvensoinnin avulla tuumorigeneesiä selittäviä mutaatioita näissä näytteissä. Tässä tutkimuksessa 16 parafiiniblokkeihin valetulle leiomyoomanäytteelle ja 4 normaalille myometrium-näytteelle suoritettiin kokogenomisekvensointi. Useita bioinformatiikkatyökaluja käytettiin mutaatioiden tunnistamiseen eri tasoilla: Delly kromosomitason muutoksille, CNVkit kopiolukumuutoksille ja Mutect pistemutaatioille sekä pienille deleetioille ja insertioille. Löydöksiä validoitiin Sanger-sekvensoinnilla. Parafiiniblokkinäytteistä saadun kokogenomisekvensointidatan laatu oli riittävän hyvä kromosomaalisten muutosten tunnistamiseen, vaikka Delly löysikin muutoksia melko paljon. Kromosomaalisia muutoksia, jotka vaikuttivat geeneihin HMGA2, HMGA1 ja PLAG1 löydettiin toistuvasti eri näytteissä. Vain yhdestä näytteestä ei löytynyt geeneihin HMGA2, HMGA1 ja PLAG1 vaikuttavia kromosomaalisia muutoksia, mutta tästä näytteestä löytyi deleetio geeneistä COL4A5-6. Geenin DEPDC5 molempien alleelien inaktivaatio löytyi yhdestä HMGA2-positiivisesta näytteestä sekä yhdestä HMGA1-positiivisesta näytteestä. HMGA2 ja HMGA1 koodaavat kromatiiniin sitoutuvia proteiineja, jotka säätelevät useita transkriptiofaktoreita. Tiedetään, että HMGA2 aktivoi PLAG1-ekspressiota. HMGA2 ja HMGA1 ovat rakenteeltaan ja toiminnaltaan hyvin samankaltaisia ja konservoituneita, joten saattaa olla, että myös HMGA1 aktivoi PLAG1:n ekspressiota. Tämän tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että todennäköisesti HMGA2 ja HMGA1 vaikuttavat tuumorigeneesiin säätelemällä PLAG1-ekspressiota, ja siten myös kromosomaaliset muutokset, jotka suoraan vaikuttavat PLAG1-ekspressiota voimistavasti voivat aiheuttaa leiomyooman. Muutamasta näytteestä, jotka oli aiemmin luokiteltu immunohistokemian perusteella HMGA2-negatiivisiksi, löydettiin HMGA2-geeniin vaikuttavia kromosomaalisia uudelleenjärjestelyjä. Vaikuttaa siis siltä, että aiemmissa tutkimuksissa immunohistokemian perusteella tehdyt arviot HMGA2-muutosten yleisyydestä leiomyoomissa saattavat olla aliarvioituja. Molempien alleelien DEPDC5-inaktivaatio on raportoitu aiemmin vain yhdessä leiomyoomatutkimuksessa, ja saamamme tulokset tukevat sitä, että molempien alleelien DEPDC5-inaktivaatio on sekundaarinen tuumorigeneesiä ajava muutos.Uterine leiomyomas are benign smooth muscle tumors arising in myometrium. They are very common, and the incidence in women is up to 70% by the age of 50. Usually, leiomyomas are asymptomatic, but some patients suffer from various symptoms, including abnormal uterine bleeding, pelvic pain, urinary frequency, and constipation. Uterine leiomyomas may also cause subfertility. Genetic alterations in the known driver genes MED12, HMGA2, FH, and COL4A5-6 account for about 90 % of all leiomyomas. These initiator mutations result in distinct molecular subtypes of leiomyomas. The majority of whole-genome sequencing (WGS) studies analyzing chromosomal rearrangements have been performed using fresh frozen tissues. One aim of this study was to examine the feasibility of detecting chromosomal rearrangements from WGS data of formalin-fixed paraffin embedded (FFPE) tissue samples. Previous results from 3’RNA-sequencing data revealed a subset of uterine leiomyoma samples that displayed similar gene expression patterns with HMGA2-positive leiomyomas but were previously classified as HMGA2-negative by immunohistochemistry. According to 3’RNA-sequencing, all these tumors overexpressed PLAG1, and some of them overexpressed HMGA2 or HMGA1. Thus, the second aim of this study was to identify driver mutations in these leiomyoma samples using WGS. In this study, WGS was performed for 16 leiomyoma and 4 normal myometrium FFPE samples. The following bioinformatic tools were used to detect somatic alterations at multiple levels: Delly for chromosomal rearrangements, CNVkit for copy-number alterations, and Mutect for point mutations and small insertions and deletions. Sanger sequencing was used to validate findings. The quality of WGS data obtained from FFPE samples was sufficient for detecting chromosomal rearrangements, although the number of calls were quite high. We identified recurrent chromosomal rearrangements affecting HMGA2, HMGA1, and PLAG1, mutually exclusively. One sample did not harbor any of these rearrangements, but a deletion in COL4A5-6 was found. Biallelic loss of DEPDC5 was seen in one sample with an HMGA2 rearrangement and in another sample with an HMGA1 rearrangement. HMGA2 and HMGA1 encode architectural chromatin proteins regulating several transcription factors. It is well-known that HMGA2 upregulates PLAG1 expression. The structure and functionality of HMGA2 and HMGA1 are very similar and conserved, so it might be that HMGA1 may also regulate PLAG1 expression. The results of this study suggest that HMGA2 and HMGA1 drive tumorigenesis by regulating PLAG1, and thus, PLAG1 rearrangements resulting in PLAG1 overexpression can also drive tumorigenesis. A few samples, previously classified as HMGA2-negative by immunohistochemistry, revealed to harbor HMGA2 rearrangements, suggesting that the proportion of HMGA2-positive leiomyomas might be underestimated in previous studies using immunohistochemistry. Only one study has previously reported biallelic inactivation of DEPDC5 in leiomyomas, and the results of this study support the idea that biallelic loss of DEPDC5 is a secondary driver event in uterine leiomyomas.
Subject: uterine leiomyoma
fibroid
tumorigenesis
whole-genome sequencing
chromosomal rearrangement
FFPE
bioinformatics
genetics
HMGA2
HMGA1
PLAG1
DEPDC5


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