Identification and characterisation of epigenetically regulated putative tumor suppressor genes in non-small cell lung cancer

Abstract

Weltweit sterben jährlich mehr als eineinhalb Millionen Menschen an Lungenkrebs, somit stellt Lungenkrebs die Haupttodesursache unter Krebserkrankungen dar. Dank der Entwicklung neuer Behandlungsmöglichkeiten und besserer diagnostischen Techniken, konnten die Überlebensraten von bestimmten Lungenkrebspatienten in den letzten Jahrzehnten verbessert werden. Viele der Patienten werden jedoch erst in einem fortgeschrittenen Stadium diagnostiziert, wo die Therapiemöglichkeiten begrenzt sind. Dementsprechend gibt es immer noch einen großen Bedarf neue Therapieansätze zu entwickeln, wobei die Voraussetzung dafür möglichst genaue Kenntnisse über die Mechanismen der Entstehung von Lungenkrebs sind. Ein Meilenstein in der modernen Krebsforschung war die Entdeckung der Epigenetik. Man erkannte, dass bei der Entstehung von Lungenkrebs nicht nur genetische Anomalien, sondern auch epigenetische Veränderungen eine wichtige Rolle spielen. Seitdem haben viele Studien gezeigt, dass vor allem fehlerhafte DNA Methylierung in der Promoterregion von wichtigen Tumorsuppressorgenen zu deren Funktionsverlust führt und somit zur Entstehung von nicht-kleinzelligem Lungenkarzinom beiträgt. Um die Rolle von fehlerhafter DNA Methylierung genauer zu untersuchen, haben wir die Methylierungsmuster von Primärtumoren und korrespondierendem normalen Lungengewebe von Lungenkrebspatienten auf genomweiter Ebene untersucht und verglichen. Mittels einer Technik, die Immunpräzipitation methylierter DNA und Microarray Analyse verbindet, konnten wir 477 tumor-spezifisch methylierte Gene in Patienten mit nicht-kleinzelligem Lungenkarzinom identifizieren. Viele dieser Gene spielen eine wichtige Rolle in unterschiedlichen biologischen Prozessen, deren Deregulation zur Krebsentstehung beitragen kann. Zusätzlich konnten wir zeigen, dass die Methylierung einiger der untersuchten Gene eine prognostische Relevanz für diese Patienten hat. In zwei darauffolgenden Projekten haben wir Gene selektioniert, deren tumor-spezifische Methylierung bislang unbekannt war und haben deren Methylierung in der Promoterregion, deren Protein- und Genexpression sowie deren Rolle in der Pathogenese vom nicht-kleinzelligem Lungenkarzinom genauer untersucht. Wir konnten zeigen, dass die Expression der Gene ZNF677, SPAG6 und L1TD1 hauptsächlich durch DNA Methylierung reguliert wird und dass ZNF677 und L1TD1 als potentielle Tumorsuppressorgene fungieren. Unsere Resultate zeigen, dass fehlerhafte DNA Methylierung für den Funktionsverlust einer Vielzahl von Genen verantwortlich ist und eine wichtige Rolle in der Pathogenese des nicht-kleinzelligen Lungenkarzinoms spielt.With more than 1.5 million deaths each year worldwide, lung cancer is still the leading cause of cancer-related deaths. Thanks to improved treatment strategies and newly developed diagnostic tools survival rates for certain lung cancer patients have improved over the last decades. However, the majority of lung cancer patients is diagnosed at advanced stages of the disease where treatment options are limited resulting in poor survival rates. Thus, there is a great need to identify molecular changes underlying lung cancer pathogenesis and to reveal potential new drug targets. A major step in lung cancer research was the identification of DNA methylation and how epigenetic modifications work in concert to regulate transcriptional activity. Since aberrant DNA methylation and histone modification patterns were frequently observed in genomes of cancer cells, cancer has been recognized not only as a genetic, but also as an epigenetic disease. Several studies demonstrated that aberrant DNA methylation is a frequently occurring event in non-small cell lung cancer and that crucial tumor suppressor genes are silenced by DNA methylation of their promoter regions. To gain more knowledge about how DNA methylation is involved in the pathogenesis of lung cancer we performed a genome-wide search for methylated CpG islands in primary tumors and corresponding normal lung tissue samples of non-small cell lung cancer patients. By the use of a technique that combines immunoprecipitation of methylated DNA with microarray analyses we identified 477 tumor-specifically methylated genes. Many of these genes were found to be involved in crucial biological processes including transcriptional control and cell adhesion. Furthermore, methylation of some of these genes may be of prognostic relevance for non-small cell lung cancer patients. In subsequent studies, we selected genes which were previously unknown to be methylated in non-small cell lung cancer and investigated their promoter methylation, gene and protein expression as well as their role in disease pathogenesis in detail. We identified DNA methylation as a main mechanism regulating transcriptional activity of ZNF677, SPAG6 and L1TD1 and showed that ZNF677 and L1TD1 may function as putative tumor suppressor genes in non-small cell lung cancer. Overall, our findings demonstrate the impact of DNA methylation in the pathogenesis of non-small cell lung cancer.submitted by Mag. Corinna AltenbergerZusammenfassung in deutscher SpracheAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität, Dissertation, 2017OeB