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The effect of APOBEC3A-mediated mutagenesis on tumour growth of immortalised, transformed cells and on survival of head and neck squamous cell carcinoma patients

Hafermann, Juliane O.

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Abstract

Inflammation and mutagenesis contribute to cancer progression. The cytidine deaminase APOBEC3A might link these two processes. On the one hand, the expression of APOBEC3A is regulated by infections and pro-inflammatory stimuli. On the other hand, APOBEC3A causes mutational signatures that have been found in the genomes of various cancer types. However, the major contribution of APOBEC3A during the process from tumour initiation to a fully formed disease is still under debate. APOBEC3A-mediated mutagenesis could (a) affect early stages of tumour development by mutating cancer driver and/or tumour suppressor genes, (b) have an influence by increasing the total mutational load, or (c) shape the tumour by increasing genetic heterogeneity, in particular during late stages of cancer progression. In addition, it is unclear whether parameters capturing the process of APOBEC3A-mediated mutagenesis during cancer progression have a prognostic value. Here, we address (I) whether APOBEC3A-mediated mutations alter tumour growth of already immortalised, transformed cells and (II) whether a combination of parameters describing past and ongoing APOBEC3-mediated mutagenesis have a prognostic value in a cohort of head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) patients. In this study, we established HEK293 cell populations carrying the APOBEC3-mediated mutational signatures. As ongoing APOBEC3A-driven mutagenesis causes a genetically heterogeneous cell population, single cell clones were isolated and analysed. APOBEC3A activity was lost in these clones by various mechanisms after creating the APOBEC3 mutational signature. The clones were characterised by quantifying proliferation, migration, cisplatin resistance and in vivo tumour growth in a xenograft mouse model. No phenotypic difference was observed between APOBEC3A-mutagenised cells and controls regarding any of the studied phenotypes either in vitro or in vivo. This suggests that APOBEC3A-mediated mutagenesis has no effect on the tumour growth of immortalised and transformed HEK293 cells. These results hint that additional APOBEC3A-mediated mutagenesis in cells with a large number of pre-existing tumourigenic alterations cannot further affect cellular growth. Analysing material from tumour patients with HNSCC revealed that tumours can show APOBEC3A expression and/or APOBEC3B expression and/or the APOBEC3 mutational signature. None of these parameters by themselves succeeded in stratifying an HNSCC cohort. In contrast, a principal component analysis combining transcriptional and genomic data lead to a statistically significant stratification regarding progression-free survival. The approach developed here might be a valuable additional tool in personalised medicine.

Translation of abstract (German)

Entzündung und Mutagenese tragen zur Tumorprogression bei. Die Cytidin-Deaminase APOBEC3A ist eine potentielle Verbindung zwischen diesen Prozessen. Einerseits wird die Expression von APOBEC3A durch Infektionen und pro-inflammatorische Stimuli reguliert. Andererseits verursacht APOBEC3A Mutationssignaturen, die in den Genomen verschiedener Krebsarten gefunden wurden. Der wesentliche Beitrag von APOBEC3A zu dem Prozess von der Tumorinitiierung bis hin zur vollendeten Krankheit wird jedoch immer noch diskutiert. APOBEC3A-vermittelte Mutagenese könnte (a) frühe Stadien der Tumorentstehung durch Mutation von Tumortreiber- und/oder Tumorsuppressorgenen beeinflussen, (b) die Gesamtmutationslast erhöhen oder (c) den Tumor durch Erhöhung der genetischen Heterogenität, insbesondere in späten Stadien der Tumorprogression, verändern. Darüber hinaus ist unklar, ob Parameter, die den Prozess der APOBEC3A-vermittelten Mutagenese während der Krebsentstehung festhalten, zur Prognose verwendet werden können. Hier wird untersucht, (I) ob APOBEC3A-vermittelte Mutationen das Tumorwachstum bereits immortalisierter, transformierter Zellen verändern kann und (II) ob eine Kombination von Parametern, die vergangene und gegenwärtige APOBEC3-vermittelte Mutagenese beschreiben, zur Prognose einer Patientenkohorte mit Kopf- und Halskrebs (HNSCC) beitragen kann. In dieser Studie wurden HEK293-Zellpopulationen etabliert, die APOBEC3-vermittelte Mutationssignaturen tragen. Da die APOBEC3A-getriebene Mutagenese eine genetisch heterogene Zellpopulation erzeugt, wurden Einzelzellklone isoliert und analysiert. Die APOBEC3A-Aktivität ging in diesen Klonen nach dem Entstehen der APOBEC3 Mutationssignaturen durch verschiedene Mechanismen verloren. Die Klone wurden bezüglich Proliferation, Migration und Cisplatinresistenz sowie in vivo Tumorwachstum in einem Xenograft-Mausmodell charakterisiert. Es wurde kein Unterschied zwischen APOBEC3A-mutagenisierten Zellen und Kontrollen für die in vitro oder in vivo untersuchten Phänotypen beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass die APOBEC3A-vermittelte Mutagenese keinen Einfluss auf das Tumorwachstum von immortalisierten und transformierten HEK293-Zellen hat. Diese Ergebnisse deuten an, dass eine zusätzliche APOBEC3A-vermittelte Mutagenese das Wachstum von Zellen, die bereits eine große Anzahl tumorerzeugender Veränderungen enthalten, nicht weiter verändern kann. Bei der Analyse von HNSCC-Tumorpatienten zeigte sich, dass Tumore APOBEC3A-Expression und/oder APOBEC3B-Expression und/oder die APOBEC3-Mutationssignatur aufweisen können. Mit keinem dieser Parameter allein kann die HNSCC-Kohorte stratifiziert werden. Im Gegensatz dazu führt eine Principal Component Analyse, die transkriptionelle und genomische Daten kombiniert, zu einer statistisch signifikanten Stratifizierung für progressionsfreies Überleben. Der hier entwickelte Ansatz könnte ein wertvolles zusätzliches Hilfsmittel in der personalisierten Medizin sein.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Löchelt, Prof. Dr. Martin
Date of thesis defense: 25 January 2018
Date Deposited: 02 Feb 2018 10:35
Date: 2019
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 570 Life sciences
Uncontrolled Keywords: APOBEC3A, cytidine deaminase, mutagenesis, head and neck squamous cell carcinoma, mutational signature
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