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Bibliographic Metadata

Title
Identification of genomic alterations in melanoma with potential biological and clinical relevance / submitted by Melanie Gschaider
Additional Titles
Identifizierung von genomischen Alterationen im Melanom mit potentieller biologischer und klinischer Relevanz
AuthorGschaider, Melanie
CensorWagner, Stephan N.
Published2013
DescriptionXX, 109 Bl. : graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2013
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Melanom / genomische Alterationen / Genexpressionssignaturen / Y14 / CD24 / EVL
Keywords (EN)melanoma / genomic alterations / gene expression signatures / Y14 / CD24 / EVL
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-17838 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Identification of genomic alterations in melanoma with potential biological and clinical relevance [20.04 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

Das letzte Jahrzehnt war von großem Fortschritt in der Genomforschung gekennzeichnet. Es wurden genetische Veränderungen wie aktivierende Mutationen in z.B. BRAF oder NRAS, sowie fokale Amplifikationen in z.B. c-KIT, MITF oder NEDD9 als „driver“ im Melanom identifiziert. Dies ermöglichte die Entwicklung von zielgerichteten Melanomtherapien, deren klinischer Erfolg jedoch bisher eingeschränkt ist. Es ist unerlässlich weitere Gene zu identifizieren, die die Entstehung und Metastasierung des humanen Melanoms vorantreiben. Wir haben Genexpressionssignaturen mit potenzieller biologischer und/oder klinischer Relevanz im humanen Melanom identifiziert. Hierfür haben wir Genexpressionsanalysen und Microarray-basierte komparative genomische Hybridisierungen verwendet. Wir haben genomische und transkriptionelle Daten von übereinstimmenden Melanomgeweben integriert um wiederholt auftretende, nicht-zufällige Amplifikationen zu identifizieren, die mit einer erhöhten Expression der Gene in dieser Region verknüpft sind. Y14, welches sich auf 1q21.1 befindet, zeigt die höchste Korrelation zwischen der Gendosis und dem Transkriptlevel. Die Genexpressionssignaturen in Geweben mit besonders hoher Y14 Expression werden mit Tumorbildung und Metastasierung assoziiert. In vitro ist Y14 für Proliferation, Überleben und Migration von Melanomzellen verantwortlich. Zusätzlich haben wir mittels Genexpressionsdaten einen Datensatz entwickelt der signifikant zwischen nicht-metastasierten und metastasierten Primärmelanomen unterscheidet. Für die Vorhersage der Metastasierung während des Nachbeobachtungszeitraums haben wir einen zweiten, unabhängigen Datensatz von kutanen Primärmelanomen etabliert. Basierend auf einer multivariaten Cox Regressionsanalyse haben wir EVL und CD24 als jenes Gen-Set identifiziert, das den besten prädiktiven Wert für Metastasierung aufweist. Dieses Gen-Set ist auch ein potentiell unabhängiger Prädiktor der Metastasierung im kutanen Primärmelanom. Kombinationstherapien scheinen ein sinnvoller Ansatz gegen das Melanom zu sein. Mittels „gene set enrichment analysis“ haben wir die Anreicherung der Expression von Genen die mit dem Zellzyklussignalweg assoziiert sind und die differentielle Expression von PLK-1 in primären und metastatierten humanen Melanomen versus Pigmentnävi festgestellt. Verringerte PLK-1 Expression ergab eine Caspase-3/8 abhängige, p53-unabhängige Induktion der Apoptose. Verringerte PLK-1 Expression im Anschluss an MEK/ERK Inhibierung wurde durch den G1 Zellzyklusarrest verursacht, anstatt von einer direkten Regulierung von PLK-1. Kombination von MEK/ERK Inhibierung und Beeinträchtigung der PLK-1 Expression unterdrücken die Zellviabilität additiv. Wir haben GLI1 Expression in Melanomzelllinien nachgewiesen. Wir beobachteten eine signifikant höhere Expression von GLI1 in humanen Primärmelanomproben die eine BRAFV600E Mutation aufwiesen im Vergleich zu wt-BRAF. Spezifische BRAFV600E Inhibition verringerte Expression von GLI1 und pERK1/2 in Melanomzelllinien. Inhibierung des SHH-GLI Signalwegs unterdrückte die Zellproliferation, induzierte einen Zellzyklusarrests und Apoptose und reduzierte das Tumorwachstum in vivo. Wir präsentieren vier Ansätze zur Identifizierung und/oder Charakterisierung von Genexpressionssignaturen die mit der Bildung, dem Überleben und der Metastasierung des Melanoms assoziiert sind. Wir schlagen in einem Melanomsubtyp welcher eine Amplifikation des 1q21.1 aufweist und mit einer erhöhten Expression der Gene auf diesem Lokus verknüpft ist, eine völlig neuartige therapeutische Strategie vor. Zusätzlich präsentieren wir einen molekularen Prädiktor der Metastasierung im kutanen Primärmelanom. Abschließend empfehlen wir zwei mögliche Ansätze zur Therapie des human Melanoms: 1. Kombinationstherapie aus der Inhibierung von PLK-1 und des MEK/ERK Signalwegs und 2. Inhibierung des SHH-GLI Signalweges durch einen spezifischen SMOOTHENED Inhibitor.

Abstract (English)

The last decade was hallmarked by the exceeding technological progress in genome research. As a result genetic alterations such as activating mutations in e.g. BRAF or NRAS, and focal amplifications in e.g. c-KIT, MITF or NEDD9 have been identified as drivers of melanoma, enabling the development of novel targeted therapies. The clinical success, however, has been limited so far. Therefore it is indispensable to uncover further genes driving tumorigenicity and metastasis in human melanoma. We identified gene signatures with potential biological and/or clinical relevance in human melanoma using gene expression profiling and array comparative genomic hybridization. We integrated copy number amplification and gene expression data from sample-matched melanoma specimen to identify recurrent non-random copy number amplifications associated with increased transcript level. Y14, residing at 1q21.1, has the highest correlation of gene dose and transcript levels. Gene expression signatures in particularly high Y14 expressing samples are primarily associated with tumorigenicity, survival and metastasis. In vitro we observed Y14s requirement for melanoma cell proliferation, survival and migration. We also identified a molecular predictor of metastasis in patients with primary cutaneous melanoma. We used gene expression data from primary melanomas to generate a class comparison dataset between the non-metastatic and metastatic condition. For class prediction of metastasis during follow-up we established a second independent dataset from primary cutaneous melanomas. Based on a multivariate Cox regression analysis followed by leave-one-out cross validation we identified EVL and CD24 as gene set giving the best predictive value for metastasis development. Additionally, the gene set is a potential independent predictor of metastasis in primary cutaneous melanomas. New therapeutic strategies for example combination therapy might be a useful approach to combat this devastating disease. By gene set enrichment analysis, we found an enrichment for the expression of genes associated with cell cycle and the differential expression of its member PLK-1 in primary and metastatic human melanomas as compared to melanocytic nevi. Decreased PLK-1 levels led to caspase-3/8 dependent, p53-independent, induction of apoptosis. Decreased PLK-1 expression subsequently to MEK/ERK pathway inhibition is a result of G1 cell cycle arrest, rather than representing a direct regulation of PLK-1. Notably, we determined an additive effect in suppressing the cell viability through combination of MEK/ERK pathway inhibition and interference with PLK-1 expression. Using qRT-PCR we detected SHH-GLI pathway activation in melanoma cell lines. We observed a significantly higher expression of GLI1 in human primary melanoma samples harboring BRAFV600E mutation compared to BRAFWT tissues. We specifically inhibited BRAFV600E in human melanoma cell lines and noticed a decreased expression of GLI1 and pERK1/2. Inhibition of the SHH-GLI pathway suppressed cell proliferation, induced cell cycle arrest, induced apoptosis and reduced melanoma tumor growth in vivo. Altogether, we propose four approaches guiding the identification and/or characterization of gene expression signatures driving melanoma tumorigenicity, survival and metastasis. We suggest a completely novel strategy for therapeutic intervention in a subtype of melanomas showing copy number amplifications at 1q21.1 and increased expression of Y14. Additionally we present a molecular predictor of metastasis in primary cutaneous melanomas, which may also have translational impact upon further evaluation in independent datasets. Finally we suggest two potential therapeutic approaches in human melanoma. On the one hand combination therapy, inhibiting PLK-1 and MEK/ERK signaling and on the other hand specifically targeting the SHH-GLI signaling pathway using the potent and selective SMOOTHEND inhibitor NVP-LDE225.

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