GATA transcription factors are required for the normal differentiation of various tissues, including liver, but their expression is low in normal postnatal hepatocytes. Aberrant expression of GATA factors has been connected to several human diseases.
Hepatoblastoma (HB) is a rare liver malignancy of small children, with a largely unknown molecular pathology, histologically resembling fetal liver tissue. Biliary atresia (BA) is a neonatal cholestatic condition caused by fibroinflammatory obstruction of the extrahepatic bile ducts, with subsequent histological changes in liver.
This thesis work demonstrates that GATA4 is frequently overexpressed in childhood HBs. The effects of GATA4 in HB cell malignancy were studied in vitro utilizing a human HB cell line. The changes in cell function and gene expression caused by modification of GATA4 levels were analyzed. We found that GATA4 1) protects HB cells from the commonly used cytostatic drug doxorubicin by regulating the intrinsic apoptotic pathway, and 2) shifts the transcriptomic profile of HB cells to more mesenchymal-type and enhances their migration.
A second focus of this thesis is the role of GATA6 transcription factor in BA pathogenesis. We found that GATA6, normally restricted to biliary epithelium in postnatal liver, is highly expressed in the hepatocytes undergoing ductal metaplasia in livers of BA patients. GATA6 expression correlates to known prognostic markers, including bile ductule expansion and age at portoenterostomy. The expression of GATA6 decreases significantly after resolution of cholestasis by successful portoenterostomy. Analogously to its increased expression in BA, GATA6 is also upregulated in the hepatocytes of two mouse models with biliary obstruction. Furthermore, forced expression of GATA6 in two human hepatocyte cell models drives their gene expression towards cholangiocyte lineage.
Taken together, transcription factors GATA4 and GATA6 are essential for the initial differentiation of hepatoblasts and for liver organogenesis. Compared to normal postnatal liver, their expression is upregulated in these two pediatric diseases of the liver. GATA4 and GATA6 are here demonstrated as putative drivers of hepatocyte neoplasia and metaplasia.GATA-geeninsäätelytekijät ovat tärkeitä eri elinten normaalille kehitykselle ja solujen erilaistumiselle. Myös maksan varhainen kehitys on riippuvaista GATA4:stä ja GATA6:sta, mutta syntymän jälkeen niiden ilmentyminen maksasoluissa vähenee selvästi. GATA-proteiinien poikkeava ilmentyminen syntymän jälkeen on yhdistetty moniin eri sairauksiin ja kehityshäiriöihin.
Tämä väitöskirja keskittyy GATA-tekijöiden rooliin kahdessa lasten maksasairaudessa. Hepatoblastooma (HB) on pienten lasten harvinainen maksan pahalaatuinen kasvain, joka mikroskooppisesti muistuttaa sikiöaikaista maksakudosta.
Sappitieatresia (SA) on synnynnäinen maksanulkoisten sappiteiden arpeutuminen ja tukkeutuminen, jonka syntymekanismi on pitkälti tuntematon.
Tässä työssä selvitimme, että HB-kasvaimissa GATA4:n ilmentyminen on selvästi normaalia maksakudosta runsaampaa. Käytimme HB-solulinjaa tutkiaksemme, miten GATA4:n määrän manipuloiminen vaikuttaa solujen toimintaan ja geeninsäätelyyn. GATA4 geenin ilmentymisen estäminen lisää HB solujen herkkyyttä yleisesti käytetylle solunsalpaajalääkkeelle, doksorubisiinille, lisääntyneen ohjelmoidun solukuoleman kautta. GATA4:n estäminen myös vähentää HB-solujen kykyä liikkua ja näin ollen niiden potentiaalia muodostaa etäpesäkkeitä.
Tutkimuksemme osoitti, että GATA6:a ilmentyy syntymän jälkeen normaalisti sappitie-epiteelissä, mutta ei maksasoluissa. SA-potilaiden maksasolut pyrkivät uudelleen erilaistumaan sappitie-epiteelisolun kaltaisiksi kompensoidakseen maksaan kertyvän sapen aiheuttamaa stressitilaa. Nämä muuntuneet maksasolut alkavat sikiöaikaisen maksakudoksen tavoin ilmentää GATA6:a. Kun sapen kulku vapautetaan uudelleen maksansisäiset sappitiet ohutsuoleen yhdistävässä leikkauksessa, myös GATA6 häviää maksasoluista. Työssä on käytetty myös kahta SA:ta jäljentelevää hiirimallia, joiden maksasoluissa GATA6 käyttäytyy vastaavasti. Lisäämällä keinotekoisesti GATA6:n määrää ihmisen maksasoluviljelmässä, saadaan solujen geeninsäätely muuttumaan sappitie-epiteelin suuntaan.
Yhteenvetona, geeninsäätelytekijä GATA4 vaikuttaa lasten maksasyövässä pahanlaatuisuuteen liittyviin tekijöihin ja GATA6 on mahdollinen maksasolujen uudelleen erilaistumisen säätelijä synnynnäisessä sappitieatresiassa
