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Identification and functional characterization of microRNAs in medulloblastoma

BAI, Hsing Chen

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Abstract

MicroRNAs (miRNAs) have been one of the most contemplated topics in molecular biology studies in the last decade. These short, non-coding RNA molecules (21-25 nucleotides) were showed to play an important role in carcinogenesis with specific expression profiles in distinct cancer types. However, the contribution of deregulated miRNAs to medulloblastoma formation remains poorly understood. Medulloblastoma comprises the most frequent malignant brain tumor in childhood. Despite considerable therapeutic progress in the past decades, medulloblastoma still results in a comparably poor overall survival rate of 60-70%. Among clinical variables, particularly metastatic dissemination at diagnosis, which is present in about 30% of cases, is associated with dismal prognosis. Distinct molecular subgroups with characteristic genomic aberrations and specific gene expression signatures were consistently reported by several groups and shown to be associated with largely different prognosis. This study demonstrates that genome-wide miRNA expression profiling largely reveals molecular subgroups that had previously also been identified by mRNA expression profiling. A robust miRNA signature with 26 miRNAs was found to readily distinguish Sonic hedgehog (SHH) subgroup medullo-blastomas from other subgroups in two independent data sets obtained on different microarray platforms. Retina-specific miRNAs, miR-182, miR-183, and miR-96 were reported to be involved in the tumorigenesis and invasiveness of numerous cancer types, however, not yet studied in medulloblastoma. These miRNAs were the most differentially regulated miRNAs within the 26-miRNA signature, were significantly upregulated in non-SHH medulloblastoma, and were associated with tumor location and metastatic dissemination. Further investigating the functional role of these candidate miRNAs in medulloblastoma cells, this study clearly demonstrates in vitro and in vivo, that overexpression of miR-182 in the context of non-SHH medulloblastoma functionally contributes to the metastatic dissemination of medulloblastoma. This momentous finding regarding the functional role of retina-specific miRNAs in medulloblastoma proves novel insights in the biology of metastatic medulloblastoma. Based on this knowledge, novel targeted treatment approaches may be developed for subgroups with particularly dismal prognosis.

Translation of abstract (German)

In den letzten zehn Jahren sind MicroRNAs (miRNAs) einer der meist untersuchten Forschungsinhalte in molekularbiologischen Studien. Es wurde gezeigt, dass diese kleinen, nicht-kodierenden RNA-Moleküle (21-25 Nukleotide) in der Tumorentstehung eine wichtige Rolle spielen. Auch wurde bereits nachgewiesen, dass verschiedene Krebsarten spezifische Expressionsprofile aufweisen. Allerdings ist der Beitrag der Deregulierung von miRNAs in Medulloblastomen noch weitgehend unverstanden. Das Medulloblastom ist der häufigste bösartige Hirntumor im Kindesalter. Trotz bedeutender therapeutischer Fortschritte in den vergangenen Jahrzehnten, ergibt sich für Medulloblastome eine vergleichsweise schlechte Überlebensrate von 60-70%. Bei jungen Patienten ist eine metastatische Ausbreitung von Tumorzellen zum Zeitpunkt der Diagnose, die derzeit in etwa 30% der Fälle zu verzeichnen ist, mit einer schlechten Prognose verbunden. Aufgrund der großen Heterogenität dieser Tumorentität können verschiedene molekulare Subgruppen anhand der Ausprägung von genomischen Aberrationen und Genexpressionsprofilen unterschieden werden, welche sich auch bezüglich ihrer Prognose für die Patienten beträchtlich unterscheiden. Die vorliegende Arbeit ergab, dass genomweite miRNA-Expressionsprofile große Übereinstimmung mit den molekularen Subgruppen zeigten, die ihrerseits in früheren Studien auf der Basis von mRNA-Expressionsprofilen bestimmt worden waren. Darüber hinaus war es möglich, eine robuste miRNA-Signatur mit 26 miRNA Kandidaten zu identifizieren, mit der Sonic hedgehog (SHH)-Medulloblastome von anderen Subgruppen unterschieden werden können.Dies konnte in zwei unabhängigen Kohorten auf unterschiedlichen Microarray-Plattformen nachgewiesen werden. Die Beteiligung der Retina-spezifischen miRNAs, miR-182, miR-183 sowie miR-96 an der Tumorentstehung und Invasivität von zahlreichen Krebsarten wurde bereits beschrieben. Eine Untersuchung bezüglich einer möglichen Beteiligung an der Entstehung von Medulloblastomen stand bisher allerdings aus. In nicht-SHH Medulloblastomen waren diese miRNAs signifikant hochreguliert und mit Tumorlokalisation und Metastasierung assoziiert, während sie in einer 26-miRNA Signatur die am meisten differentiell regulierten miRNAs darstellten. Diese miRNAs waren daher Gegenstand der vorliegenden Doktorarbeit. Weitere Untersuchungen zur funktionellen Rolle dieser miRNA-Kandidaten wurden in Medulloblastom-Zellen durchgeführt. Mittels in vitro und in vivo Analysen konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von miR-182 in nicht-SHH Medulloblastomen zur metastatischen Ausbreitung von Medulloblastomen beiträgt. Diese Erkenntnisse über die funktionelle Rolle der Retina-assoziierten miRNAs in nicht-SHH Medulloblastomen liefern erste Hinweise auf eine mögliche Beteiligung dieser miRNAs an der Enstehung metastatischer Medulloblastome. Diese Erkenntnisse könnten einen Beitrag für die Entwicklung gezielter Therapiestrategien für Subgruppen mit besonders schlechter Prognose leisten.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Buselmaier, Prof. Dr. Werner
Date of thesis defense: 25 October 2011
Date Deposited: 02 Dec 2011 11:46
Date: 2011
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: Medulloblastome , microRNA , metastatic dissemination
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