Yliopiston etusivulle Suomeksi På svenska In English Helsingin yliopisto

Genome-wide Analysis of Androgen Receptor Function in Prostate Cancer

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, biolääketieteen laitos fi
dc.contributor Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, biomedicinska institutionen sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine, Physiology en
dc.contributor.author Sahu, Biswajyoti fi
dc.date.accessioned 2012-09-14T09:30:34Z
dc.date.available 2012-10-09 fi
dc.date.available 2012-09-14T09:30:34Z
dc.date.issued 2012-10-19 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-952-10-8182-8 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/36775
dc.description.abstract The androgen receptor (AR) mediates the effects of the two physiological male sex hormones (androgens) testosterone and 5α-dihydrotestosterone (DHT) that are critical in the development and maintenance of the male sexual characteristics. Androgens and AR signaling play an important role in the growth of prostate gland and in the development and progression of prostate cancer (PCa). AR is a member of the steroid receptor family and is a ligand-inducible transcription factor. Upon binding to male sex steroids, AR acquires a new conformational state, translocates to the nucleus, homodimerizes and binds to regulatory regions called androgen-response elements on target cell chromatin, as well as interacts with coregulatory proteins, sequence-specific transcription factors, and the basal transcription machinery to regulate gene expression (transcription). AR regulates distinct transcriptional programs in androgen-dependent and castration-resistant (androgen-independent) prostate cancer (CRPC). Gene transcription is a well-orchestrated process of multiple events involving chromatin modifiers, coregulators and collaborating transcription factors, occurring in an ordered and sequential fashion. This strictly regulated process is tightly controlled at every stage to govern cell growth and homeostasis. Details of the ways by which AR regulates gene expression in a genome-wide fashion are still not clear. This warrants an in-depth study of the molecular basis of genome-wide AR function in response to cognate ligands under androgen-dependent and CRPC conditions, their recruitment to specific genomic sites and the role of other transcription factors, chromatin modifiers and coregulators in modulating AR function. This study aimed at investigating genome-wide AR binding sites in prostate cancer cells by using ChIP-sequencing technique to understand the androgen-regulated gene expression. Genome-wide AR binding sites (ARBs) in the presence of physiological androgens and partial agonist/antagonists were profiled and respective downstream target genes were characterized. Particular emphasis was paid to investigate the role of the collaborating transcription factor FoxA1 in mediating recruitment of AR to the chromatin and in androgen signaling, and prognostic value of FoxA1 expression in PCa. Furthermore, we explored the role of FoxA1 in defining cell type-specific recruitment of AR in two different PCa cell lines, and its influence on defining site-specific occupancy of two steroid receptors, namely AR and glucocorticoid receptor (GR), in PCa cells. Finally, the consequences of AR overexpression and its repercussions on genomic recruitment of AR to chromatin were investigated. Our work showed that nuclear receptors, such as AR and GR, employ distal modes of transcriptional regulation, as majority of the binding sites are located far from the transcription start sites. The physiological androgen DHT was more potent in recruitment of AR to the chromatin and mediating subsequent gene expression than partial androgen agonist/antagonists. This demonstrates that agonist-bound AR forms a more favorable conformation compared to partial agonist/antagonists-bound AR, and the resulting binding profiles as well as the transcription programs exhibit quantitative differences. The genome-wide DHT-bound ARBs were significantly over-represented for FoxA1 cis-element, suggesting a global role of FoxA1 in AR function. The identification of genome-wide FoxA1 binding sites correlating with AR binding sites led to a paradigm shift in understanding the role of FoxA1 in androgen signaling. FoxA1 has previously been considered as a pioneering factor with the ability to bind compact chromatin and prime it for nuclear receptor binding. Our findings reveal that FoxA1 has a dual role in regulating AR functions and we defined three distinct classes of ARBs in PCa cells that were commensurate with the androgen-regulated transcription programs. Importantly, FoxA1 levels significantly correlate with prostate cancer-specific disease survival as low FoxA1 levels predict good clinical outcome in primary PCa patients. Further analysis of the ARBs in two different PCa cell lines revealed that FoxA1 defines unique receptor binding sites in each cell line. Moreover, AR and GR binding specificity to chromatin was determined by FoxA1, when analyzed in a single PCa cell line in response to their respective ligands. Furthermore, the results also highlight the role of glucocorticoid as an anti-androgen, which attenuates AR-dependent transcription programs. In AR overexpressing PCa cells, we demonstrated sensitization to low levels of androgens due to enhancement in receptor binding. The association between AR levels and chromatin occupancy was also validated in two PCa xenografts, one with high and another with low AR expression levels. en
dc.description.abstract Androgeenireseptori (AR) on steroidireseptoriperheeseen kuuluva transkriptiotekijä, joka välittää miessukuhormonien, androgeenien, vaikutukset geenien luentaan. Androgeenit, testosteroni ja 5α-dihydrotestosteroni (DHT), säätelevät miehen sukupuolielinten kasvua ja kehitystä sekä ylläpitävät niiden toimintaa. Eräs androgeenien kohdekudoksista on eturauhanen, jossa androgeenit säätelevät sekä kudoksen hyvänlaatuista liikakasvua että eturauhassyövän syntyä ja etenemistä. Androgeenien sitoutuminen saa aikaan reseptorin konformaation muutoksen ja homodimerisaation sekä siirtymisen tumaan, jossa AR sitoutuu spesifisiin vaste-elementteihin kohdegeeniensä säätelyalueilla. AR vaikuttaa yhdessä muiden transkriptiotekijöiden ja säätelijäproteiinien sekä transkriptiokoneiston kanssa kohdegeeniensä ilmentymisen lisääntymiseen tai estymiseen. AR säätelee geenien ilmentymistä sekä androgeeneista riippuvaisessa eturauhassyövässä että pitkälle edenneessä, kastraatio-resistentissä kasvaimessa. Geenien transkriptio on tarkasti säädelty tapahtumaketju, joka edellyttää kromatiinin muokkausta ja eri transkriptiotekijöiden koordinoitua yhteistyötä. Yksityiskohtaiset mekanismit, joilla AR vuorovaikuttaa eri tekijöiden kanssa ja säätelee geenien ilmentymistä, ovat vielä osin tuntemattomia. Siksi on tärkeää tutkia AR:n toimintaa ja sitoutumista kromatiiniin genominlaajuisesti paitsi androgeeneista riippuvaisessa eturauhassyövässä myös kastraatio-resistenteissä olosuhteissa sekä selvittää muiden transkriptiotekijöiden ja säätelyproteiinien vaikutusta AR:n toimintaan. Tässä työssä selvitettiin androgeenien säätelemän geenien ilmentymisen mekanismeja määrittämällä androgeenireseptorin sitoutumispaikat koko genomin laajuudelta ChIP-seq -menetelmällä eturauhassyöpäsoluissa. AR:n sitoutumispaikat ja kohdegeenien ilmentymisen tasot määritettiin vasteena fysiologisille androgeeneille sekä androgeenien osittaisille agonisti-antagonisteille. Erityisesti tutkittiin toisen transkriptiotekijän, FoxA1:n, vaikutusta AR:n sitoutumiseen ja androgeenisignalointiin sekä FoxA1:n ilmentymistä eturauhassyöpänäytteissä ja sen yhteyttä potilaan ennusteeseen. Lisäksi tutkittiin FoxA1:n roolia AR:n solutyyppispesifisessä sitoutumisessa ja FoxA1:n vaikutusta kahden steroidireseptorin, AR:n ja glukokortikoidireseptorin (GR), spesifiseen sitoutumiseen eturauhassyöpäsoluissa. Edelleen tässä työssä selvitettiin AR:n yli-ilmentymisen vaikutuksia sen genominlaajuiseen sitoutumisprofiiliin. Työn tulokset osoittavat, että tumareseptorit kuten AR ja GR, hyödyntävät ns. distaalista geenien säätelymekanismia, koska suuri osa reseptorien sitoutumispaikoista oli kaukana geenien transkription aloituskohdista. Fysiologinen androgeeni DHT sai aikaan agonisti-antagonisteja voimakkaamman AR:n sitoutumisen kromatiiniin ja suuremman vasteen geenien ilmentymisen muutoksissa. Agonistin sitoutumisesta seuraa siis aktiivisempi reseptorin konformaatio kuin agonisti-antagonistin, mikä johtaa eroihin sitoutumisprofiileissa ja kohdegeenien ilmentymisessä. Koska FoxA1:n cis-elementti oli DHT:n aktivoiman AR:n genominlaajuisten sitoutumispaikkojen DNA-sekvensseissä merkitsevästi yliedustettuna, FoxA1:n genominlaajuiset sitoutumispaikat määritettiin ChIP-seq -menetelmällä. FoxA1:n ja AR:n sitoutumispaikkojen vertailu paljasti uuden roolin FoxA1:lle AR:n toiminnan säätelijänä. Aiemmin oli osoitettu, että FoxA1 toimii ns. pioneeritekijänä, koska se pystyy sitoutumaan tiukasti pakattuun kromatiiniin ja siten helpottamaan tumareseptorien sitoutumista avaamalla kromatiinin rakennetta. Tämän työn tulokset osoittavat, että FoxA1:lla on kaksoisrooli AR:n toiminnan säätelijänä ja paljastivat kolme erillistä AR:n sitoutumistapaa suhteessa FoxA1:n pitoisuuteen: osalle AR:n sitoutumispaikoista FoxA1 tarvitaan pioneeritekijänä, mutta osaan paikoistaan AR voi sitoutua vain, kun FoxA1 ei ole läsnä, ja osaan AR sitoutuu FoxA1:sta riippumatta. Samat kolme luokkaa havaittiin myös androgeenien säätelemissä geeneissä. Eturauhassyöpäpotilaiden kudosleikkeissä FoxA1-pitoisuus korreloi potilaan selviämisen kanssa siten, että matala FoxA1-pitoisuus ennusti potilaalle pidempään elinaikaa. AR:n sitoutumispaikkojen tarkastelu kahdessa eri eturauhassyöpäsolulinjassa osoitti, että FoxA1 määrittää tietylle solulinjalle spesifiset sitoutumistapahtumat. Lisäksi AR:n ja GR:n sitoutumisspesifisyys oli riippuvainen FoxA1:stä, kun niiden sitoutumispaikat määritettiin samassa solulinjassa. Glukokortikoidit voivat myös toimia anti-androgeeneina vaimentaen AR-riippuvaista geenien säätelyä. Tätä reseptoria yli-ilmentävissä eturauhassyöpäsoluissa havaittiin AR:n sitoutumisen lisääntymistä ja solujen herkitymistä matalille androgeenipitoisuuksille. Tämä yhteys AR-pitoisuuden ja kromatiiniin sitoutumisenvoimakkuuden välillä todettiin myös eturauhassyövän ksenograftinäytteillä. 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:978-952-10-8181-1 fi
dc.relation.isformatof Helsinki: Institute of Biomedicine, Physiology, Faculty of Medicine, University of Helsinki, 2012, Helsinki Biomedical Dissertation Series. 1457-8433 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 biolääketiede fi
dc.title Genome-wide Analysis of Androgen Receptor Function in Prostate Cancer en
dc.title.alternative Androgeenireseptorin genominlaajuisen toiminnan analysointi eturauhassyövässä fi
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Jänne, Olli A. fi
dc.opn Carroll, Jason S. fi
dc.type.dcmitype Text fi

Files in this item

Files Description Size Format View/Open
genomewi.pdf 13.58Mb PDF View/Open
This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search Helda


Advanced Search

Browse

My Account