Genetic predisposition to breast and ovarian cancer - BRCA1/2-negative families

Abstract

Perintötekijöillä on merkittävä rooli rinta- ja munasarjasyöpäalttiudessa. Kaksi tärkeintä rinta- ja munasarjasyöpäalttiusgeeniä ovat <i>BRCA1</i> ja <i>BRCA2</i>. Myös lukuisia muita alttiusgeenejä tunnetaan. Kuitenkaan valtaosassa korkean rinta- ja/tai munasarjasyöpäriskin perheistä altistavia geenivirheitä ei tiedetä, jonka vuoksi perheiden perinnöllisyysneuvonta on haastavaa. Tutkimuksen tavoitteena oli saada uutta tietoa rinta- ja/tai munasarjasyövälle altistavista perintötekijöistä suomalaisissa korkean riskin rinta- ja/tai munasarjasyöpäriskin perheissä, joissa ei esiinny tunnettuja <i>BRCA1</i>- ja <i>BRCA2</i>-geenien perustajamuutoksia.

Tutkimuksessa hyödynnettiin kolmea eri menetelmällistä lähestymistapaa geneettisten alttiustekijöiden tunnistamiseksi: 1) kandidaattigeenien mutaatioanalyysi 2) koko perimän kattava kopiolukumuutosanalyysi sekä 3) koko perimän proteiinia koodaavan alueen (eksomi) sekvensointi.

Kandidaattigeenien mutaatioanalyysissä löydettiin<i> BRCA1</i>- ja <i>CHEK2</i>-geenien tunnettujen haitallisten muutosten esiintyvän 13.4 %:lla korkean rinta- ja/tai munasarjasyöpäriskin perheistä. Näistä <i>CHEK2</i>-geenin muutosten osuus oli huomattava ja kliinisesti olennainen. Uusi ja haitalliseksi ennustettu muutos löytyi BRCA2-geenistä. Kopiolukumuutosanalyysissä tunnistettiin potentiaalisia perinnölliseen rinta- ja/tai munasarjasyöpäalttiuteen vaikuttavia kopiolukumuutoksia 3p11.1, 5q15, 8p23.2 ja 19q13.41 alueilla. Näistä muutokset 3p11.1 ja 8p23.2 alueilla sijaitsevat <i>EPHA3</i> ja <i>CSMD1</i>-geenien ei-koodaavilla alueilla ja muutos 19q13.41 ERVV-2 geenin koodaavalla alueella. Muutos 5q15 alueella sijaitsi geenien välisellä alueella mutta sen havaittiin mahdollisesti vaikuttavan säätelyelementteihin. Eksomisekvensoinnissa keskityttiin muutoksiin, jotka sijaitsivat DNA:n korjausreitin geeneissä. Tutkimuksessa tunnistettiin viisi muutosta <i>ATM, MYC, PLAU, RAD1</i>, ja <i>RRM2B</i> geeneissä, ja muutosten havaittiin rikastuneen rinta- ja/tai munasarjasyöpäperheissä kontrolleihin verrattuna viitaten siihen, että virheet liittyvät mahdollisesti matalasta keskisuuren syöpäriskiin. <i>BRCA1</i>-geenistä tunnistettiin lisäksi harvinainen virhe, joka voi olla kliinisesti tärkeä. Myös <i>RAD50</i>-geenistä tunnistettiin virhe, joka voi mahdollisesti altistaa miesrintasyövälle. Eksomianalyysissä keskityttiin myös potilasjoukkoon, johon kuului hyvin varhaisella iällä rintasyöpään sairastuneita naisia, ja näillä potilailla tunnistettiin virheitä uusissa potentiaalisissa kandidaattigeeneissä, jotka osallistuvat etenkin DNA:n korjaukseen ja replikaatioon, signalointiin, apoptoosiin ja solusykliin. Mielenkiintoisia kandidaattigeenejä ovat esimerkiksi <i>DENND2D, TICRR, BNIPL, EDN3</i> ja <i>FOCAD</i>.

Väitöskirjatyössä työssä tunnistettiin potentiaalisia perinnölliselle rinta- ja/tai munasarjasyövälle altistavia ituradan muutoksia jo tunnetuissa alttiusgeeneissä ja uusissa kandidaattigeeneissä. Uudet löydökset vaativat varmennusta ja tarjoavat erinomaisen lähtökohdan jatkotutkimuksille. Saatua tietoa voidaan hyödyntää suunniteltaessa uusia tehokkaampia strategioita rinta- ja munasarjasyövän diagnostiikkaan, seulontaan, ehkäisyyn, hoitomuotoihin ja perinnöllisyysneuvontaan.

Breast cancer is the most frequent cancer and the most common cause of cancer deaths among females worldwide. Ovarian cancer is a highly lethal gynecologic malignancy that is the seventh most common cancer and the eight cause of death from cancer in women worldwide. In Finland, 4694 new breast cancer cases and 471 new ovarian cancer cases were diagnosed in 2012. Both breast and ovarian cancers are heterogeneous groups of diseases that can be divided into several subtypes; each subtype has distinct biological and clinical characteristics and responses to therapies. The major risk factors of breast and ovarian cancers include age and family history, and genetic predisposition accounts for as much as 10% of breast and 15% of ovarian cancers. The two major susceptibility genes for both diseases are <i>BRCA1</i> and<i> BRCA2</i>, and several other susceptibility genes have been identified. However, in the majority of high-risk breast and/or ovarian cancer (HBOC) families, the genetic predisposition factors remain unidentified, making the genetic counseling of these families challenging. The aim of this study was to obtain new information about the genetic factors that predispose individuals to breast and ovarian cancer in the high-risk Finnish <i>BRCA1/2</i>-negative HBOC families.

Three different methodological approaches were utilized to identify genetic predisposition factors in high-risk Finnish <i>BRCA1/2 </i>founder mutation-negative HBOC families: 1) mutational screening of candidate genes by Sanger sequencing, TaqMan genotyping assays, the HRM-method, and MLPA; 2) genome-wide copy number variation analysis using a SNP genotyping array; and 3) exome sequencing by target enrichment of the protein coding region of the genome and next-generation sequencing.

A candidate gene approach revealed that previously known pathogenic mutations in <i>BRCA1</i> and<i> CHEK2</i> contribute to 13.4% of cancer cases in HBOC families. The proportion of <i>CHEK2 </i>mutations was remarkable and clinically relevant. Additionally, a novel and possibly pathogenic variant was detected in <i>BRCA2</i>. Copy number variation analysis identified several potential copy number variations that likely increase the risk of HBOC susceptibility and explain the fraction of breast and ovarian cancer cases. Chromosomal aberrations at 3p11.1, 5q15, 8p23.2, and 19q13.41 were of special interest. Of these, deletions at 3p11.1 and 8p23.2 affected intronic regions of EPHA3 and CSMD1, respectively, whereas duplication at 19q13.41 disrupted the coding region of the <i>ERVV-2</i> gene. Moreover, a deletion at 5q15 was located in a non-genic region but was determined to affect regulatory elements. Exome sequencing analysis focused on DNA damage repair (DDR) pathway genes. Five variants in DDR genes (<i>ATM, MYC, PLAU, RAD1</i>, and <i>RRM2B</i>) were enriched in a cohort of HBOC cases compared to controls, suggesting that these variants may be low-to-moderate risk alleles. A rare variant that may have clinical relevance was detected in <i>BRCA1</i>. Additionally, a rare variant in <i>RAD50</i> gene was suggested to predispose to male breast cancer. Moreover, defects in novel candidate genes targeting other pathways, such as DNA repair and replication, signaling, apoptosis, and the cell cycle, were identified in early-onset breast cancer patients. The interesting candidate genes included, for instance, <i>DENND2D, TICRR, BNIPL, EDN3</i>, and <i>FOCAD</i>.

In conclusion, potential germline sequence alterations and copy number variations were detected in known susceptibility genes, as well as in novel candidate genes, and the roles of the variations in HBOC predisposition were indicated. These findings warrant further confirmation and provide an excellent premise for further studies.The obtained information can be utilized in designing more efficient diagnostic, screening, prevention, and therapeutic strategies for breast and ovarian cancer, as well as new tools for genetic counseling.