Bioinformatic Identification of Genomic Alterations in Breast Cancer

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8151-4
Title: Bioinformatic Identification of Genomic Alterations in Breast Cancer
Author: Edgren, Henrik
Contributor organization: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute
University of Helsinki, Institute for Molecular Medicine Finland
Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, kliinisteoreettinen laitos
Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, Haartman institutet
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2012-09-14
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8151-4
http://hdl.handle.net/10138/36020
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Cancer is a disease characterized by the continuous accumulation of somatic cellular aberrations, whether in the DNA or epigenetic changes. During the last decade, many different techniques, including high resolution microarrays as well as exome- and whole genome sequencing, have been developed to comprehensively characterize these changes in cancer cells. In parallel with the development of laboratory techniques, a large variety of bioinformatic methods to analyze data from these have been developed. However, many of these concentrate on the analysis of data from only one laboratory technique, while it is becoming clear that advances in cancer research increasingly depend on integration of multiple different data types for the same tumors. Simultaneously, the recent explosive growth in sequencing data requires the development of new analythical methods. The aim of this thesis was to further characterize the genomic changes in breast cancer, with an emphasis on the development and application of bioinformatic methods to analyze and integrate data from different high throughput analysis techniques. In the first part of this work, the Gene Identification by Nonsense Inhibition method was applied to identify potential tumor suppressor genes in breast cancer. The integration of steady state gene expression, transcript stabilization and array comparative genomic hybridization data for six breast cancer cell lines led to the identification of a nonsense mutation in the RIC8A gene located at 11p15, a region deleted in ~15% of breast tumors. Taken together, our results suggest loss of RIC8A expression may be important in a subgroup of aggressive breast cancers. In study II, we developed a bioinformatic method for highly specific fusion gene identification from paired-end RNA-seq data. Application of the bioinformatic pipeline to data from four breast cancer cell lines led to the identification of 24 novel and three previously published fusion genes, with 95% specificity. In addition to showing that fusion genes are more prevalent in breast cancer than previously thought, several biological characteristics of fusion genes were identified. Most prominently, fusion genes were frequently associated with DNA copy number transitions, particularly high level amplifications, suggesting that most of them are not generated by balanced rearrangements. siRNA knock-down studies furthermore provided evidence for the functional importance of the VAPB-IKZF3 fusion gene in the BT-474 cell line. In the final study, we used aCGH to characterize the size distribution of the ERBB2 amplicon across 71 amplicon carrying tumors and 10 cell lines. To study the possible contribution to cancer of other coamplified genes in the amplicon, 23 genes amplified in 60% of tumors were selected for siRNA screening in two trastuzumab sensitive, two insensitive and one control cell line. In addition to single gene siRNA silencing experiments, five amplicon genes were knocked-down together with ERBB2 to identify synergistic effects. Our results suggest that cancer cells may be dependent on a number of genes in the ERBB2 amplicon besides the primary driver oncogene, a phenomenon termed non-oncogene addiction.Käytännössä kaikissa syövissä esiintyy mutaatioita, eli muutoksia syöpäsolujen DNA:ssa. Viimeksi kuluneen vuosikymmenen aikana on kehitetty useita eri laboratoriomenetelmiä, joilla syöpäkasvaimessa tapahtuneita geneettisiä muutoksia voidaan mitata suuressa laajuudessa, tuottaen kymmeniä- tai satojatuhansia mittaustuloksia yhdestä kasvaimesta. Näiden menetelmien tuottamien laajojen datamäärien analysoimiseen ja tulkitsemiseen on kehitetty lukuisia bioinformatiivisia menetelmiä, mutta etenkin eri mittausmenetelmien tuottaman tiedon yhtistämiseen ei kuitenkaan usein ole olemassa sopivia menetelmiä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää uusia bioinformatiivisia menetelmiä eri mittausmenetelmien tulosten analysoimiseen ja yhdistämiseen, sekä etenkin soveltaa näitä menetelmiä rintasyövän tutkimukseen. Syövässä mutatoituvat geenit jaetaan yleensä kahteen pääkategoriaan; onkogeeneihin ja kasvunrajoitegeeneihin. Onkogeeneihin osuvat mutaatiot lisäävät geenin tuottaman proteiinin aktiivisuutta, ja tämä lisääntynyt aktiivisuus edistää syövän syntyä. Toimiessaan normaalisti, kasvunrajoitegeenit vuorostaan suojaavat solua syöpään liittyviltä muutoksilta. Ensimmäisessä osatyössä tavoitteena oli löytää uusia kasvunrajoitegeenejä rintasyöpäsolulinjoista, hyödyntäen mikrosiruihin pohjautuvia mentelmiä. Osatyössä löydettiin mutaatio RIC8A geenistä yhdessä solulinjassa, mikä yhdistettynä tutkimuksen muihin tuloksiin tukee teoriaa, että RIC8A:n vähentynyt aktiivisuus voi olla tärkeää osajoukossa agressiivisia rintasyöpiä. Fuusiogeenit ovat onkogeenien alatyyppi, jossa mutaation seurauksena syntyy uusi proteiini, joka koostuu kahden eri geenin osista. Fuusiogeenit ovat keskeisiä tekijöitä esimerkiksi leukemioiden synnyssä, mutta viimeisen parin vuoden aikana näitä on löytynyt myös kiinteistä kasvaimista, kuten eturauhassyövästä. Osatyön kaksi tavoitteena oli kehittää laboratorio- ja bioinformatiivisiä menetelmiä fuusiogeenien löytämiseksi syöpäkasvaimista käyttäen toisen sukupolven RNA-sekvensointi menetelmiä. Lisäksi tavoitteena oli selvittää missä määrin fuusiogeenejä esiintyy rintasyövässä. Tutkimuksen tuloksena syntyi aikaisemmin julkaistuja lähestymistapoja huomattavasti tarkempi menetelmä fuusiogeenien löytämiseksi. Tätä hyödyntäen pystyimme myös m.m. osoittamaan, että fuusiogeenejä esiintyy rintasyövässä selvästi useammin kuin aikaisemmin oletettiin ja että jotkin näistä voivat toimia onkogeeneina. Viimeisessä osatyössä tutkimuksen kohteena oli rintasyövässä esiintyvä ERBB2 onkogeenin monistuma. Monistuman seurauksena soluun syntyy useita ylimääräisiä kopioita ERBB2 geenistä, johtaen sen liialliseen aktivoitumiseen. ERBB2:n oheessa monistuu yleensä myös muita sen lähellä sijaitsevia geenejä, mutta näiden mahdollista merkitystä rintasyövälle ei kuitenkaan tunneta kovin hyvin. Tutkimuksessa selvitettiin ensin mitkä geenit useimmiten monistuvat yhdessä ERBB2:n kanssa. Lisäksi pystyimme RNA-interferenssi menetelmällä osoittamaan, että syöpäsolut voivat olla riippuvaisia muista ERBB2 monistumassa sijaitsevista geeneistä kuin ERBB2:sta itsestään.
Subject: bioinformatiikka, syöpätutkimus
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
bioinfor.pdf 1.064Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record