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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-77129
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2016/7712/


Bedeutung und Charakterisierung der 6q-Deletion beim Prostatakarzinom

Genomic deletions at 6q12-q22 in prostate cancer : target genes and their role

Kluth, Martina

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SWD-Schlagwörter: Prostatakrebs , Krebsforschung , Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung
Freie Schlagwörter (Deutsch): Tumorgenetik , Deletionen , Haploinsuffizienz , Tumorsuppressorgene, Gewebemikroarray
Freie Schlagwörter (Englisch): tissue micro array , TMA
Basisklassifikation: 44.81 , 42.13 , 42.20
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Sauter, Guido (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.01.2016
Erstellungsjahr: 2015
Publikationsdatum: 01.02.2016
Kurzfassung auf Deutsch: Ein primäres Ziel in der Prostatakarzinomforschung ist die Identifizierung neuer prognostischer molekularer Marker, welche dazu beitragen, das Aggressivitätspotential der Karzinome sicher einzuschätzen und somit eine optimale Therapieentscheidung zu gewährleisten. Besondere Herausforderungen bei der klinischen Anwendbarkeit molekularer Marker stellen jedoch die ausgesprochene Multifokalität und Heterogenität dieses Tumortyps dar. Die 6q-Deletion zählt zu den häufigsten molekularen Veränderungen beim Prostatakarzinom (PCa). Sowohl die klinische Relevanz als auch die potentiell tumorsuppressiven Zielgene dieser Deletion sind jedoch unklar. Die Ziele der vorliegenden Arbeit waren daher die Aufklärung der klinischen Relevanz der 6q-Deletion sowie ihres zeitliche Auftreten während der Tumorprogression und die Identifikation der potentiellen Tumorsuppressorgene innerhalb der Deletion. Dazu wurde ein großes Kollektiv von über 12.000 PCa mittels Fluoreszenz in-situ Hybridisierung auf 6q-Deletionen untersucht. Das Kollektiv lag in Form von unterschiedlichen Gewebemikroarrays (TMA) vor. Zur Bestimmung der prognostischen Relevanz wurde von allen 12.427 Tumoren jeweils eine Probe (0,6mm Spot) untersucht und der 6q-Deletionsstatus mit dem Tumorphänotyp und der Patientenprognose verglichen. Es zeigte sich, dass die 6q-Deletion mit einer Deletionsrate von 19,2% eine signifikante Assoziation zu einem schlechtem Tumorphänotyp (P<0,0001 für Gleason-Score, pT-Stadium, präoperativer PSA-Wert, Ki67LI) und einer schlechten Prognose für den Patienten (P≤0,0020 für PSA-Rezidiv, okkulte systemische oder metastasierte Tumoren) besitzt. Die Assoziation mit der Prognose war unabhängig von den etablierten Prognoseparametern des PCa (P=0,0055) und vor allem bedingt durch die Tumoren mit einem geringen Gleason-Score (≤3+4). Die 6q-Deletion war außerdem assoziiert mit einem negativen ERG-Status und Deletionen von 5q, 2q, 13q, 12p und 8q21 (P≤0,0030). Ein Subset von über 7.000 Tumoren des genannten Patientenkollektivs wurde darüber hinaus verwendet, um die Bedeutung der 6q-Deletionsgröße beim PCa zu klären. Es zeigten sich drei wesentliche „Deletionsgrößen“ in 573 6q-deletierten Tumoren. Eine kleine Deletion im Bereich 6q14-q16 (61%), eine mittlere Deletion im Bereich 6q14-q22 (26%) und eine große Deletion die mindestens die Region 6q12-q22 (13%) umfasste. Die Größe der Deletion zeigte eine deutliche Assoziation zur Patientenprognose, jedoch nicht zu den klinisch-pathologischen Parametern (P≥0,4000). Die Wahrscheinlichkeit eines PSA-Rezidivs, einer okkult systemischen Erkrankung oder einer Metastasierung stieg mit Ausdehnung der 6q-Deletion an (P≤0,0150). Die Assoziation zum PSA-Rezidiv war außerdem unabhängig von den etablierten Prognoseparametern (P=0,0130). Im dritten Projektteil wurden jeweils 10 verschiedene Bereiche eines jeden Tumors von 506 Patienten untersucht um Rückschlüsse auf die Heterogenität der 6q-Deletion sowie ihres zeitlichen Auftretens und ihrer Größe während der Tumorprogression zu ziehen. Es zeigte sich das circa 50% aller 6q-deletierten Tumorfoci eine heterogene Verteilung der Veränderung aufwiesen und das die 6q-Deletion ausgehend von der Region 6q15 während der Tumorprogression größer wird. Im letzten Projektteil wurden stichprobenartig 37 der über 200 Gene, die von einer 6q-Deletion betroffen sein können, funktionell im Zellkulturmodel auf ihre tumorsuppressiven Eigenschaften untersucht. Es zeigte sich dass die Gene HMGN3, SMAP1, UBE2J1 und ZNF292 tumorsuppressive Eigenschaften und die Gene ORC3 und PM20D2 eine für das Wachstum essentielle Funktion besitzen. Die Ko-Depletion der identifizierten Tumorsuppressorgen zeigte, dass der wachstumsbegünstigende Effekt mit der Anzahl der supprimierten Gene ansteigt.
Insgesamt konnte die vorliegende Arbeit zeigen, dass die 6q-Deletion eine wesentliche klinische Bedeutung beim PCa besitzt. Der Nachweis einer 6q-Deletion kann genutzt werden um insbesondere in der Gruppe der Tumoren mit einem eher günstigen Phänotyp (Gleason Score≤3+4) Karzinome mit einem aggressiven Verhalten zu identifizieren. Der Nachweis der 6q-Deletionsgröße kann dies zusätzlich unterstützen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die kombinierte Suppression von putativ haplo-insuffizienten Genen den Tumor-begünstigenden Effekt erhöht. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass große Deletionen generell durch einen Dosiseffekt auf mehrere Gene „krebsfördernd“ wirken. Die „ein Gen inaktivert pro Deletion“ Hypothese ist nicht aufrecht zuhalten. Die Identifizierung von essentiellen Genen birgt möglicherweise die Möglichkeit einer alternativen molekularen zielgerichteten Therapieform. Es besteht die begründete Hoffnung, dass die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit einen Beitrag zur Aufklärung der genomischen Veränderungen beim PCa und damit zur Verbesserung der individuellen Diagnostik und Therapie des Patienten leisten können.
Kurzfassung auf Englisch: Prostate cancer is the most frequent cancer and one of the most common tumor-related causes of death in males. A primary goal in prostate cancer research is to identify new prognostic molecular markers, which can help to estimate the aggressiveness of individual cancers. This is mandatory to provide an optimal individual therapeutic decision. However, multifocality
and heterogeneity of this tumor type limit the clinical applicability of molecular markers. Deletions of 6q are one of the most frequent chromosomal alterations in prostate cancer, but the tumor suppressor (s) in this chromosomal region and the clinical relevance of the deletion are still unknown. The aims of this study were: 1.Clarify the clinical relevance of 6q deletions and their association to key molecular alterations in prostate cancer, 2.Determine the temporal occurrence of 6q deletion during tumor progression and 3.Identify potential tumor suppressor genes within the 6q deletion. For this purpose, 6q deletions were analyzed on a large cohort of 12,427 prostate cancers by fluorescence in situ hybridization. To determine the prognostic relevance of 6q deletions, all tumors were analyzed on a tissue micro array (TMA, one 0.6mm sample each). Deletions of 6q were found in 19.2% of 6,069 analyzable cancers and were strongly associated with adverse tumor features (Gleason score, pT stage, preoperative PSA level, Ki67LI; P<0.0001 each) and poor patient prognosis (P<0.0001 for PSA recurrence, P≤0.002 for occult systemic or metastatic tumors). The association between 6q deletions and patient prognosis was independent of established prognostic parameters (P=0.0055) but strongest in the subgroup of low Gleason score (≤3+4) cancers. Deletions of 6q were strongly related to ERG-negative cancers and deletions of 5q, 2q, 13q, 12p and 8q21
(P≤0.0030). A subset of about 7,000 cancers was used to clarify the importance of 6q deletion size in prostate cancer. Three main deletion sizes were detectable in 573 6q-deleted cancers: A small-sized deletion ranging from 6q14-q16 (61%), a medium-sized deletion ranging from 6q14-q22 (26%) and a large-sized deletion including the entire 6q12-q22 region (13%).
A large 6q deletion size was strongly associated to patient prognosis, but not to pathological parameters (P≥0.4). The likelihood of PSA recurrence and occult systemic or metastatic disease strongly increased with 6q deletion size (P≤0.0150). The relationship between 6q deletion size and PSA recurrence was also independent of the established prognostic parameters (P=0.0130). In addition, 10 different tumor areas were collected from 506 patients and assembled in a tissue micro array format to estimate the heterogeneity of 6q deletions, their temporal occurrence and changes of the 6q deletion size during tumor progression. These analyses showed, that about 50% of 6q-deleted cancers occurred only in parts of the cancer and that large 6q deletions developed from small deletions at 6q15. In the last part of the study, the tumor suppressive features of 37 randomly selected 6q deleted genes were estimated in cell culture models. These analyses identify HMGN3, SMAP1, UBE2J1 and ZNF292 as potential tumor suppressive genes and ORC3 and PM20D2 as potential essential genes within the 6q deletion. In addition, co-depletion of the identified tumor suppressor genes showed, that the growth-promoting effect increases with the number of suppressed genes. In summary, the present study indicates a substantial clinical relevance of 6q deletions in prostate cancer. Especially in the subgroup of cancers with a more favorable phenotype (Gleason Score≤3+4) detection of 6q deletion can contribute to identify cancers with a
more aggressive behavior. Additional prognostic information may be obtained through determination of the 6q deletion size. Furthermore, the results of the study provide strong evidence for the existence of multiple tumor suppressor genes at 6q, loss of which may promote tumor growth in concert. This finding challenges the öne inactivated gene per deletionconcept. Of note, presence of essential genes might open new therapeutic possibilities by targeting the remaining copies of these genes in cancers harboring heterozygous 6q deletions.

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