Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer, and the second most common cause of cancer mortality. The aim of this thesis work was to gain novel insight into the molecular mechanisms behind CRC predisposition, as well as tumor progression and development.
Microsatellite instability (MSI) arises due to a defective mismatch repair system and is characteristic for a subset of all CRCs. Here, we aimed to identify novel MSI target genes with potential oncogenic effects. We characterized all genes overexpressed in MSI CRCs and predicted to escape nonsense-mediated decay when mutated. The mitotic checkpoint kinase TTK was identified with protein-elongating mutations in 59% of MSI CRCs. TTK has an essential role in spindle assembly checkpoint (SAC) signaling, however, the mutated protein did not show SAC weakening. While no evidence of oncogenic mechanisms was observed, the high mutation frequency of TTK argues for biological significance. In another screening effort on MSI CRCs, we sought to identify novel oncogenes with activating hotspot mutations. The exomes of 25 tumor and respective healthy colon tissues were sequenced. A total of 15 candidate oncogenes with hotspot mutations were identified. Three genes, ZBTB2, PSRC1 and RANBP2, displayed hotspot mutations also in the validation set of 86 MSI CRCs. Interestingly, the CRC-associated mutant form of ZBTB2 increased cell proliferation. Additional work is needed to further clarify the role of the identified somatic mutations in CRC tumorigenesis. The candidate oncogenes identified in this thesis work might be used to develop personalized tumor profiling and therapy.
Inherited susceptibility is estimated to be involved in approximately one-third of all CRCs. However, the great majority of inherited CRC susceptibility remains still molecularly unexplained. A recent systematic sequencing study on CRC reported a set of somatically mutated genes, termed candidate cancer (CAN) genes. We examined the mutational profiles of 15 top-ranked CAN genes for somatic mutations as well as for germline variants in 45 familial CRC cases. In our tumor set, six of the CAN genes were somatically mutated. In germline, three private missense variants were identified in CSMD3, EPHB6 and c10orf137. In another effort, we exome sequenced 96 independent cases with familial CRC. We identified 11 novel candidate CRC susceptibility genes with rare putative LoF variants. Seven loss-of-heterozygosity events, involving four genes, were observed in the data. In each occasion, the losses targeted the wild-type allele (P=0.0078), providing further support that true culprits are among the eleven genes. This study provides an interesting set of candidate predisposing genes, which might explain a subset of common familial CRC. The identified germline variants need to be validated in larger sample sets to provide firm evidence for disease predisposition. Additional work is also needed to characterize the detailed functional and clinical relevance of the identified candidate CRC predisposing genes. This information, then, can ultimately be translated into tools for cancer prevention and early diagnosis in individuals carrying true predisposition alleles.Kolorektal cancer (KRC, cancer i tjock- och ändtarm) är en av de vanligaste cancerformerna i västvärlden. Flera faktorer, både ärftliga och i människans omgivning, påverkar uppkomsten av KRC. En kartläggning av de genetiska förändringarna bakom KRC är viktig för att bättre förstå tumörutvecklingen. Sådan information kan sedan användas för att utveckla effektivare behandlingsmetoder för att minska död och lidande orsakade av KRC. De två huvudsakliga syftena i detta doktorandprojekt var att 1) få ny insikt i de molekylära mekanismerna bakom kolorektal tumörutveckling 2) identifiera nya genetiska faktorer som påverkar ärftlig benägenhet för KRC.
En del kolorektala tumörer hör till gruppen mikrosatellit instabila (MSI). Dessa tumörer har ett defekt DNA-reparationssystem vilket leder till ett högt antal mutationer i DNA-sekvensen, speciellt i repetitiva DNA-segment. Syftet med detta projekt var att identifiera nya onkogener i denna tumörtyp. Onkogener är gener som ändrar grundläggande egenskaper hos celler, till exempel tillväxt och differentiering. Genetiska avvikelser i en sådan gen kan leda till malign transformation av cellen. Två olika DNA-sekvenseringsmetoder användes; den så kallade Sanger-dideoxy-metoden samt nästa generations DNA-sekvensering. Ett antal nya onkogener med hög mutationsfrekvens identifierades i kolorektala tumörer av gruppen MSI. Ytterligare studier krävs för att klarlägga hur dessa onkogener påverkar malign transformation av cellen. De identifierade onkogenerna kan möjligtvis användas för att utveckla mer effektiva strategier för individuell tumörprofilering och cancerterapi.
Det finns klara bevis för att genetiska faktorer predisponerar för KRC i ungefär vart tredje fall. Ett antal kända ärftliga syndrom medför en ökad risk för KRC. Men dessa syndrom är sällsynta och bidrar bara till en bråkdel av fallen. Än i dag förblir en stor del av den ärftliga benägenheten för KRC molekylärt oförklarad. Det andra syftet med denna avhandling var att identifiera nya gener som ökar benägenheten till familjär KRC (patienter med en förstagradenssläkting med KRC). Även här användes Sanger-dideoxy-metoden samt nästa generations DNA-sekvensering. Flera attraktiva kandidatgener identifierades med protein-kapande DNA-variationer i patienternas könsceller. DNA-variationerna var väldigt sällsynta eller frånvarande från den allmänna populationen. Ytterligare forskningar, med större sampelmaterial, är dock nödvändiga för att bevisa att de identifierande DNA-variationerna påverkar den ärftliga benägenheten till familjär KRC. Identifikationen av nya gener bakom ärftlig KRC möjliggör en förbättrad patientförsörjning med tidig diagnos och förbättrad riskprofilering
