| Přispěvatelé: |
University of Helsinki, Faculty of Medicine, Research Programs Unit, Doctoral Programme in Biomedicine, Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, Biolääketieteellinen tohtoriohjelma, Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, Doktorandprogrammet i biomedicin, Vainio, Seppo, Laakkonen, Pirjo |
| Popis: |
Organ development is orchestrated by a series of complex molecular programs where the cells of the three germ layers transform into an embryo. A perturbation in cellular or molecular interactions can lead to defective organogenesis or even embryonic lethality. The key feature of embryonic development is the stringent regulation of proliferation, migration, differentiation, and apoptosis to mediate normal cellular functions. Cancer cells hijack these molecular programs underlying embryogenesis to promote tumorigenesis. Neural innervation and expression of neural markers have been detected in various tumors. Moreover, the presence of nerves in the tumor microenvironment has been shown to regulate aberrant tissue function and promote cancer progression. Cancer neuroscience is a newly emerging field of cancer biology focused on understanding the cancer-nervous system interactions. This thesis brings together both developmental neurobiology and cancer biology to study the functions of two different neuron-associated genes (FOLH1 and IGSF3). Further, transcriptomic profiling was performed in patient-derived glioblastoma (GBM) stem cell lines to identify their genetic signatures and cellular states. Glutamate carboxypeptidase II (GCPII) also known as prostate-specific membrane antigen (PSMA) is a neuro-glial enzyme encoded by the FOLH1 (folate hydrolase 1) gene. My results show that in gliomas vascular expression of GCPII/PSMA is associated with poor overall survival (I). Interestingly, an association between accelerated metastatic dissemination to the brain and vascular GCPII/PSMA expression was observed in primary lung cancers (I). Through antibody phage display, our laboratory originally identified Immunoglobulin superfamily member 3 (IGSF3) as a metastasis-associated protein. To determine the physiological function of this gene, Igsf3 knockout mice (KO) were generated using CRISPR/Cas9 mediated genome engineering. A defect in neural crest cell migration and intestinal abnormalities were observed in the KO animals (II). A screening of various cancers using the cancer genome atlas (TCGA) datasets revealed that IGSF3 is expressed by gliomas, melanoma, breast, lung, and colorectal carcinomas and that high expression levels correlate with poor survival (unpublished results). Detailed transcriptomic profiling revealed the heterogeneity of the glioblastoma stem cell lines and allowed their clustering to different GBM subtypes (III). In addition, a high Cluster of Differentiation 109 (CD109) mRNA levels were observed in the mesenchymal subtype of GBMs (III). This thesis provides a new understanding of neuron-associated genes during development and tumorigenesis. In the future, the Igsf3 KO mouse model will be useful for studying the neural crest and its derivatives while the neuron-specific expression of IGSF3 allows studies focusing on neuronal involvement in cancer progression. Monimutkaiset molekyyliohjelmat säätelevät elinten kehitystä soluista alkioksi. Alkion kehityksen aikainen solujen lisääntymisen, liikkumisen, erilaistumisen ja ohjelmoidun solukuoleman tarkka säätely varmistaa kudosten normaalin kehityksen ja toiminnot. Häiriöt solujen tai molekyylien vuorovaikutuksessa voivat johtaa elintenkehityksen häiriöihin tai jopa alkion kuolemaan. Syöpäsolut käyttävät hyväkseen alkion kehitystä sääteleviä molekyyliohjelmia kasvaimen kasvun edistämiseksi. Lisäksi kasvaimissa on havaittu hermotusta ja syöpäsoluissa hermoston merkkimolekyylien ilmentymistä. Hermojen on havaittu kasvaimen mikroympäristössä edistävän mm. syöpäkasvaimen kasvua ja syövän etenemistä. Syövän neurotiede on uusi syöpäbiologian ala, joka keskittyy syövän ja hermoston vuorovaikutuksen ymmärtämiseen. Tämä väitöskirja yhdistää kehityksen aikaisen neurobiologian ja syöpäbiologian kahden eri geenin (FOLH1 ja IGSF3) avulla. Näiden kahden geenin tutkimisen lisäksi väitöskirjassa profiloitiin glioblastoomaa (GBM) sairastavilta potilailta peräisin olevista kantasolulinjoista geenien ilmentymistä koko genomin laajuudelta. FOLH1 (folaattihydrolaasi 1) -geenin koodaama glutamaattikarboksypeptidaasi II (GCPII) on entsyymi, joka tunnetaan myös eturauhasspesifisenä kalvoantigeeninä (PSMA). Tulokseni osoittavat, että verisuonistossa ilmentyvä GCPII/PSMA proteiini assosioituu glioomapotilaiden huonoon elinajanennusteeseen (I). Lisäksi havaitsin, että primääreissä keuhkosyövissä verisuonten pinnalla ilmentyvä GCPII/PSMA assosioituu nopeampaan keuhkosyövän etäpesäkkeiden leviämiseen aivoihin (I). Vasta-ainefaagiselektiomenetelmää hyödyntäen laboratoriomme tunnisti, että immunoglobuliinisuperperheeseen kuuluvan proteiinin 3 (IGSF3) ilmentyminen assosioituu syövän etäpesäkkeisiin. Selvittääksemme tämän geenin fysiologista toimintaa loimme muuntogeenisen hiirikannan, jossa Igsf3-geenin toiminta poistettiin CRISPR/Cas9 genomin muokkaustekniikan avulla (II). Poistogeenisillä hiirillä havaittiin häiriöitä sekä hermostopienan (neural crest, NC) solujen liikkumisessa että suoliston hermotuksessa. Julkista genomikartastoa (The Cancer Genome Atlas, TCGA) hyödyntäen tutkimme geenien ilmentymistä eri syöpätyypeisssä. Tämä osoitti, että IGSF3 ilmenee glioomissa ja melanoomissa sekä rinta-, keuhko- ja kolorektaalisyövissä. Analyysimme osoitti myös, että IGSF3:n korkea ilmenemistaso korreloi huonon ennusteen kanssa (julkaisematon tulos). Glioblastooman kantasolulinjojen yksityiskohtainen transkriptioprofilointi paljasti niiden heterogeenisyyden ja mahdollisti niiden luokituksen GBM:n eri alatyyppeihin (III). Lisäksi GBM:n mesenkymaalisessa alatyypissä havaittiin hyvin korkea CD109-geenin ilmentyminen (III). Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä väitöskirja tuotti uutta tietoa kahden hermostossa ilmentyvän geenin toiminnasta alkion kehityksen aikana ja syövissä. Igsf3 KO-hiirimallin avulla voidaan jatkossa tutkia hermostopienan ja sen johdannaisten kehitystä ja toimintaa, kun taas IGSF3:n ilmentyminen hermoissa mahdollistaa syöpäsolujen ja hermoston välisen vuorovaikutuksen tutkimisen. |
