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Epigenetische Veränderungen in Tumoren : Untersuchung der DNA-Methylierung in prognostischen Subgruppen der Chronischen Lymphatischen Leukämie und im Medulloblastom

Fleig, Verena Julia

English Title: Epigenetics and Cancer : DNA-Methylation patterns of prognostic subgroups in Chronic Lymphocytic Leukemia and Medulloblastoma

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PDF, German
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Abstract

Epigenetische Veränderungen können zur Entstehung und Progression von Krebs beitragen. Aberrante DNA-Methylierung von CpG-reichen Abschnitten der DNA in Promotorregionen kann zur Repression von Tumorsuppressorgenen oder Aktivierung von Onkogenen führen. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedenen Tumorentitäten, die Chronische Lymphatische Leukämie (CLL) und das Medulloblastom, mittels aPRIMES, einer neuen Methode zur genomweiten Analyse von DNA-Methylierung, untersucht, um neue epigenetische Veränderungen zu identifizieren, die zur Pathogenese beitragen können. CLL ist eine neoplastische Erkrankung der B-Zellen und ist charakterisiert durch Apoptoseresistenz und die Akkumulation von reifen B-Zellen klonalen Ursprungs in peripherem Blut, Knochenmark und Lymphknoten. Hier wurden in allen untersuchten Patienten Veränderungen der DNA-Methylierung gegenüber den Kontrollen gefunden. Viele der aberrant methylierten CpG-Islands waren mit Genen assoziiert, die krebsrelevante Funktion besitzen. Durch Expression Profiling konnte gezeigt werden, dass die Expression einiger dieser Gene ebenfalls dereguliert war. Außerdem konnte ein diagnostischer Marker, der Methylierungsstatus des CpG-Islands CpG002172, identifiziert werden. Beim Vergleich von Patientengruppen mit unterschiedlicher Prognose zeigte sich, dass Patienten mit einer aggressiveren Form der CLL eine weit höhere Anzahl von aberrant methylierten CpG-Islands aufwiesen als Patienten mit guter Prognose, und dass sich die Methylierungsmuster dieser Gruppen signifikant unterscheiden. Außerdem konnte in funktionellen Analysen demonstriert werden, dass die Aktivität des PI3-Kinase-Signalwegs und die Expression des in diesen beiden prognostischen Subgruppen differenziell methylierten und exprimierten Gens MTP18 zur Variabilität bezüglich der Prognose beitragen könnte. Das Medulloblastom ist ein aggressiver Gehirntumor, der vor allem im Kindesalter auftritt. Er zeichnet sich durch eine hohe Proliferationsrate aus, ist stark invasiv und bildet Metastasen. In dieser Arbeit wurden zwei Medulloblastom-Mausmodelle (Ptch+/- und Ptch+/-;Nos-/-) der Methylierungsanalyse mit aPRIMES unterzogen. Die Dopplemutante Ptch+/-;Nos-/- weist eine gegenüber der Ptch+/--Einzelmutante höhere Tumorinzidenz und eine geringere Überlebensrate auf. Beim Vergleich der Cerebelli juveniler und adulter Mäuse wurde eine in den adulten Mäuse hypermethylierte CpG-reiche Region identifiziert, die viele regulatorische piRNAS (piwi-interacting RNA) enthält, die im sich entwickelnden Embryo exprimiert werden und in gene silencing involviert sind, vor allem in die Inaktivierung von Transposons. Beim Vergleich von gesunden Cerebelli und Tumorgewebe wurde Mcm5 als Kandidat identifiziert. Dieses Gen kodiert einen Replikations-Initiations-Faktor und könnte somit zur hohen Proliferationsrate von Medulloblastomzellen beitragen. Außerdem ist es in der Lage, p53-vermittelten Wachstumsarrest aufzuheben. Zwischen den untersuchten Maus-Tumormodellen wurden keine signifikanten Unterschiede im DNA-Methylierungsmuster gefunden. DNA-Methylierung spielt hier also - anders als bei der CLL - wahrscheinlich keine entscheidende Rolle bei der unterschiedlichen Aggressivität der Tumore. Zusammenfassend konnten in beiden untersuchten Entitäten Veränderungen der DNA-Methylierung gefunden werden, die zur Pathogenese beitragen können, im Falle der CLL möglicherweise auch zu der Variabilität bezüglich Prognose und Symptomatik.

Translation of abstract (English)

Epigenetic changes can contribute to the development and progression of cancer. Aberrant DNA-methylation of CG-rich regions close to promoters can lead to silencing of tumor suppressor genes and activation of oncogenes. In this study, two tumor entities, Chronic Lymphocytic Leukemia (CLL) and Medulloblastoma, were analyzed by aPRIMES, a new array-based method for the investigation of DNA-methylation in order to identify new pathogenic factors. CLL is characterized by the accumulation of clonal malignant B-cells in peripheral blood, bone marrow and lymphoid tissues and by resistance to apoptosis. In the present study, aberrant DNA-methylation of CpG-Islands was found in all patients when compared to controls, and many of those were associated with genes with cancer-related function. Expression Profiling showed that the expression of several of these genes was deregulated. Interestingly, a diagnostic marker, the methylation status of the CpG-Island CpG002172, could be identified as well. Comparing subgroups of patients with different prognosis patients with a more aggressive type of the disease show a higher number of aberrantly methylated CpG-Islands than patients with good prognosis and the overall methylation patterns of these groups differ significantly. Furthermore, functional analyses revealed that the activity of the PI3-kinase pathway and the expression of MTP18, which was found differentially methylated and expressed in these two prognostic subgroups, may contribute to the different outcome of the disease. Medulloblastoma is a highly malignant tumor of the cerebellum which comprises the most frequent malignant brain tumor in childhood. It is characterized by a high proliferation rate, invasive growth and the formation of metastases. Here, two medulloblastoma-mouse models (Ptch+/- and Ptch+/-;Nos-/-) were investigated by aPRIMES. The double-mutant Ptch+/-;Nos-/- shows an increased tumor incidence and decreased survival compared to the single-mutant, Ptch+/-. When comparing the cerebelli of juvenile and adult mice, a hypermethylated region was identified in the adult mice, which harbors many regulatory piRNAs (piwi-interacting RNAs). These piRNAs are expressed in the developing embryo and germ line cells and are involved in gene silencing, specifically in the silencing of transposons. Furthermore, Mcm5, encoding a DNA replication licensing factor that can overcome p53-mediated growth arrest, was found to be hypomethylated and overexpressed in medulloblastoma cells compared to healthy cerebellum, irrespective of the genotype. This overexpression may contribute to the high proliferation rate of these cells. The two mouse tumor models did not show significant differences in their methylation patterns, suggesting that DNA-methylation does not play a major role in the difference of malignancy of the respective tumors. Taken together, the results of this work showed that both tumor entities exhibit alterations in DNA-methylation which can contribute to pathogenesis. In CLL, these changes might even contribute to the variability in prognosis.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Buselmaier, Prof. Dr. Werner
Date of thesis defense: 19. October 2010
Date Deposited: 06. Dec 2010 14:15
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Epigenetik, Krebs <Medizin>
Uncontrolled Keywords: Epigenetics , Cancer
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