Influence of somatic mutant allelic imbalance in breast cancer clinical characteristics

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Correia, Lizelle Winkelströter
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/15042
Resumo: Breast cancer is genomic and clinically heterogeneous, which represents a major challenge for treatment choice and has important consequences in survival rates. In the past decade studies profiled breast tumours, cataloguing somatic mutations and copy number alterations, which greatly improved prognosis and both expanded and facilitated treatment choices. In spite of this substantial progress, the current classification systems and biomarkers still do not encompass all breast cancer heterogeneity. Dosage changes of mutated allele has been associated with alterations in prognosis and in response to treatment. However, all studies examined the clinical association of somatic mutations and allelic imbalance solely at DNA level, leaving the contribution of gene expression regulation somewhat overlooked. Cis-regulatory variation is known to be a major determinant of allelic imbalance of expression, and a vast majority of the human genome is known to be affected by this. The most robust approach to detect the effect of, and map, cis-regulatory variation is to analyse differential allelic expression in heterozygotes. So, I hypothesised that differential allelic expression of mutated genes contributes to breast cancer biology and outcome, by creating imbalances in the allelic levels of gene expression (dosage) of somatic mutations. Using data from two independent sets of breast tumours, from METABRIC and TCGA projects, I studied the allelic imbalance of the two most mutated genes, PIK3CA and TP53. I show that preferential expression of the mutated allele presents positive selection, even more significantly that copy-number alterations. Also, I show that somatic mutations’ allelic imbalance resulting from cis-regulation impacts on the clinical characteristics of tumours, namely by showing association with known prognostic factors. Finally, tumours with differential allelic expression of PIK3CA’s mutated allele associated with poorer prognosis. The work presented in this thesis suggests that allelic imbalance generated by cis-regulation has an essential role in modulating of the effect of somatic mutations in tumours, as well as tumour clinical behaviour.
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spelling Influence of somatic mutant allelic imbalance in breast cancer clinical characteristicsPIK3CATP53Expressão diferencial de alelosCancro da mamaCisregulaçãoDesequilíbrio alélicoDomínio/Área Científica::Ciências Médicas::Outras Ciências MédicasBreast cancer is genomic and clinically heterogeneous, which represents a major challenge for treatment choice and has important consequences in survival rates. In the past decade studies profiled breast tumours, cataloguing somatic mutations and copy number alterations, which greatly improved prognosis and both expanded and facilitated treatment choices. In spite of this substantial progress, the current classification systems and biomarkers still do not encompass all breast cancer heterogeneity. Dosage changes of mutated allele has been associated with alterations in prognosis and in response to treatment. However, all studies examined the clinical association of somatic mutations and allelic imbalance solely at DNA level, leaving the contribution of gene expression regulation somewhat overlooked. Cis-regulatory variation is known to be a major determinant of allelic imbalance of expression, and a vast majority of the human genome is known to be affected by this. The most robust approach to detect the effect of, and map, cis-regulatory variation is to analyse differential allelic expression in heterozygotes. So, I hypothesised that differential allelic expression of mutated genes contributes to breast cancer biology and outcome, by creating imbalances in the allelic levels of gene expression (dosage) of somatic mutations. Using data from two independent sets of breast tumours, from METABRIC and TCGA projects, I studied the allelic imbalance of the two most mutated genes, PIK3CA and TP53. I show that preferential expression of the mutated allele presents positive selection, even more significantly that copy-number alterations. Also, I show that somatic mutations’ allelic imbalance resulting from cis-regulation impacts on the clinical characteristics of tumours, namely by showing association with known prognostic factors. Finally, tumours with differential allelic expression of PIK3CA’s mutated allele associated with poorer prognosis. The work presented in this thesis suggests that allelic imbalance generated by cis-regulation has an essential role in modulating of the effect of somatic mutations in tumours, as well as tumour clinical behaviour.O cancro da mama é uma doença heterogênea do ponto de vista clínico e genómico, o que representa um grande desafio na escolha do tipo de tratamento, com importantes consequências na taxa de sobrevida dos pacientes. Nas últimas décadas, estudos traçaram o perfil dos tumores da mama, catalogando mutações somáticas e alterações de número de cópias dos genes, melhorando muito o prognóstico e expandindo e facilitando as escolhas de tratamento dos doentes. Apesar desse progresso substancial, os sistemas de classificações e os biomarcadores atuais ainda não conseguem englobar toda a heterogeneidade do cancro da mama. Dosagem variável do alelo mutado em relação ao alelo referência de oncogenes em cancros, variando desde pequenos a grandes desequilíbrios alélicos, tem sido associada a alterações em prognóstico e tratamento. No entanto, todos os estudos que abordaram o desequilíbrio alélico, fizeram-no apenas ao nível do DNA, negligenciando o papel da regulação da expressão dos genes. Sabe-se que variações na cis-regulação são grandes determinantes de expressão diferencial entre alelos e que a maior parte do genoma humano é afetado pela cisregulação. Já foi também demonstrado que a cis-regulação afeta a penetrância das mutações, principalmente em contexto de portadores de mutações germinativas. No caso de mutações germinativas dos genes BRCA1 e BRCA2 em paciente com cancro da mama, foi descoberto que a maior expressão do alelo não mutado, capaz de produzir proteína para realizar as funções normais de reparação dos danos no DNA, associava a uma baixa penetrância, ou seja, era protector em relação ao desenvolvimento de cancro da mama. Contudo, a forma como a variação cis-regulatória impacta a biologia tumoral e o desfecho clínico ainda segue inexplorado. Dessa forma, criou-se a hipótese que a expressão diferencial de alelos de genes com mutações somáticas contribui para biologia do cancro da mama e tem impacto na sobrevida dos pacientes. Nomeadamente, mutações somáticas em oncogenes e genes supressores de tumores cuja expressão que seja modelada por variação cisregulatória, terão diferentes impactos na biologia e comportamento clínico do tumor que os comporta. Para testar a hipótese, foram utilizados dados de sequenciação de nova geração de DNA e RNA de cancros de mama, e dados clínicos dos pacientes de dois grandes projectos, METABRIC e TCGA. Como os dois genes mais mutados e que apresentavam expressão diferencial entre o alelo mutado e o alelo referência, nos dois projectos, foram os genes PIK3CA e TP53, optou-se por prosseguir o estudo analisando estes dois genes. Para a realização das análises foram calculados três rácios entre o alelo mutado e o alelo referência: rácio α que utiliza a contagem dos alelos no RNA e reflete a expressão total dos alelos; rácio β que utiliza a contagem dos alelos no DNA e reflete as alterações em número de cópias dos genes a nível do DNA; e o rácio γ em que o rácio α é normalizado pelo rácio β, refletindo assim a parte da expressão cujo responsável é a cis-regulação. Ao analisar tumores com mutações somáticas no gene PIK3CA, foi observada associação de expressão diferencial da mutação com características do tumor, nomeadamente status dos recetores de estrogénio e progesterona e do HER2, com expressão preferencial do alelo mutado em tumores recetores de estrogénio e de progesterona negativos e HER2 positivo. Esta associação foi observada tanto a nível de expressão global do gene quanto quando se considerou apenas os efeitos da cis-regulação. A análise de sobrevidas global e específica por cancro da mama demonstrou uma sobrevivência mais curta das pacientes com expressão diferencial entre alelo mutado e alelo referência do gene PIK3CA, quando comparado com pacientes que expressão aproximadamente as mesmas quantidades dos dois alelos. Ao avaliar as pacientes subdivididas de acordo com status de recetores hormonais, identificou-se um possível subgrupo de pior prognóstico dentro do grupo de tumores recetores de estrogénio e de progesterona positivos e HER2 negativo, que são tumores de melhor prognóstico. Como, por pesquisa anterior do meu grupo, havia evidências de que o polimorfismo de nucleótido único (SNP) rs2699887 era um possível responsável pela cis-regulação do gene PIK3CA em tecido de mama normal, foi analisada a associação deste com desfecho clinico de tumores de mama e a única associação encontrada foi uma pior sobrevida do grupo de pacientes cujo tumor expressa o alelo menos frequente (alelo T) no subgrupo de tumores recetor de progesterona negativo. Foi também observada associação entre expressão diferencial de alelo mutado e alelo referência de gene TP53 com características biológicas do tumor, porém esta associação só foi vista nas amostras oriundas do projeto TCGA e apenas com status de recetores de estrogénio e de progesterona, nesses dois casos com expressão preferencial do alelo mutado em tumores recetores de estrogénio e de progesterona negativos. A análise se sobrevida global demonstrou associação de expressão diferencial do alelo TP53 mutado com pior sobrevida quando todas as amostras foram analisadas em conjunto e também nos subgrupos de tumores recetor de estrogénio positivo e de progesterona negativo. Nas análises dos dois genes, PIK3CA e TP53, tanto para TCGA como METABRIC, quando comparada a dosagem de cada alelo seja por cis-regulação da expressão génica (RNA) ou alteração do número de cópias (DNA), observou-se que a maioria dos tumores expressa preferencialmente o alelo mutado, apesar de a nível de DNA possuir maior número de alelo referência, sugerindo uma seleção positiva da expressão do alelo mutado em tumores de mama. Se bem que a análise do PIK3CA, um oncogene típico, foi restringida a mutações missense, dado que o gene TP53 pode actuar como gene supressor de tumores ou oncogene consoante a mutação adquirida, a sua análise foi ainda extendida ao tipo de mutação presente em cada tumor. O que verificámos foi que a selecção positiva significava ainda uma separação clara entre mutações missense, associadas ao seu papel de oncogene e que verificámos estarem mais associadas a expressão preferencial do alelo mutado, e mutações frame-shift, normalmente associadas ao seu papel de gene supressor de tumores e que verificámos estar associado a expressão preferencial do alelo referência. O trabalho realizado no âmbito da tese aqui apresentada providencia, pela primeira vez, evidências que apoiam o papel essencial do desequilíbrio alélico gerado pela cis-regulação, além do gerado pela alteração no número de cópias, na modulação do efeito das mutações somáticas nos tumores. Estes achados suportam a realização de pesquisa de níveis de expressão de alelos de mutações somáticas oncogénicas como parte do manejo clínico de pacientes com cancro da mama. Para além disso, os achados também suportam novos estudos sobre a forma como estes desequilíbrios da expressão génica podem estar ativando ou silenciando outros genes relacionados com o cancro.Maia, Ana TeresaBraga, SofiaSapientiaCorreia, Lizelle Winkelströter2022-12-06T01:30:14Z2019-12-062019-12-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.1/15042TID:202543137enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-24T10:27:26Zoai:sapientia.ualg.pt:10400.1/15042Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:05:57.663790Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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