Genetic Susceptibility Factors for Prostate Cancer at Chromosomal Region 11q13.5

Abstract

Eturauhassyövän geneettiset alttiustekijät kromosomialueella 11q13.5

Eturauhassyöpä on Suomessa kuten myös useissa muissa länsimaissa miesten yleisin syöpätyyppi ja toiseksi suurin syöpäkuolleisuuden aiheuttaja. Eturauhassyöpä on monitekijäinen sairaus, jonka syntymekanismeja ei vielä täysin tunneta. Riskitekijöinä ovat ikä, sukuhistoria ja etninen tausta. Suuri osa kliinisesti havaittavista eturauhaskasvaimista on hyvänlaatuisia ja hidaskasvuisia, mutta osa kehittyy pahanlaatuisiksi kasvaimiksi, jotka leviävät etäpesäkkeinä ja aiheuttavat syöpäkuolemia. Uusia biologisia merkkiaineita eli biomarkkereita tarvitaan erottamaan eturauhassyöpään sairastuvista miehistä ne, joilla on kohonnut riski sairastua nopeasti etenevään aggressiiviseen syöpätyyppiin, mikä mahdollistaisi tehokkaamman yksilöidyn hoitosuunnitelman tekemisen.

Perintötekijät vaikuttavat eturauhassyövän syntyyn. Eturauhassyöpään ei ole yhdistetty korkean riskin perintötekijöitä samaan tapaan kuin esimerkiksi rintasyövässä, ja syövän on havaittu olevan geneettisesti hyvin monimuotoinen, sillä useita eri kromosomialueita on liitetty kohonneeseen syöpäriskiin. Yksi näistä kromosomialueista on 11q13-14, joka on yhdistetty syöpään suomalaisissa eturauhassyöpäsuvuissa ja jonka on havaittu altistavan etenkin aggressiiviselle syöpätyypille. Alueelta ei kuitenkaan ole vielä tunnistettu syöpäkasvaimen kehittymiselle altistavaa perimän muutosta. Alueella sijaitseva EMSY-geeni on yhteydessä rinta- ja munasarjasyöpään ja on tämän vuoksi mielenkiintoinen tutkimuskohde.

Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli tunnistaa alueella 11q13.5 sijaitsevia eturauhassyövälle altistavia muutoksia ja tutkia niiden toimintaa. Aineistona käytettiin potilasnäytteitä ja -tietoja suomalaisilta eturauhassyöpäpotilailta sekä näytteitä mieskontrolleilta. Muutosten yhteys syöpäalttiuteen selvitettiin tapaus-verrokkitutkimuksella. Syöpäriskiä lisäävien muutosten vaikutus geenien ilmenemisen säätelyyn tutkittiin syöpäkasvaimissa, veressä ja lymfoblastisolulinjoissa.

Tutkimuksessa havaittiin yhteensä yhdeksän syöpäalttiuteen liittyvää perimän muutosta. EMSY-geenissä havaittiin kolme intronista eturauhassyöpäriskiä nostavaa muutosta, joista yksi, populaatiossa harvinaisesti esiintyvä muutos altisti etenkin aggressiiviselle syövälle suomalaisessa populaatiossa. Muutos havaittiin myös kolmessa eturauhassyöpäsuvussa miehillä, jotka sairastivat aggressiivista eturauhassyöpää. Yhteensä kuusi, geenien välisellä alueella sijaitsevaa, populaatiossa yleisesti esiintyvää muutosta yhdistyi kohonneeseen syöpäkuoleman riskiin. Muutokset olivat matalan riskin muutoksia. Yksittäisten muutosten lisäksi alueella tunnistettiin myös eturauhassyöpäriskiä lisääviä alleeliyhdistelmiä eli haplotyyppejä.

Syöpäkuoleman alttiuteen yhdistetyt muutokset sijaitsivat geenien säätelyelementtien alueella, ja niiden havaittiin vaikuttavan lipidien biosynteesissä toimivan DGAT2-geenin ilmentymiseen eturauhassyöpäkasvaimissa ja AP001189.4-geenin ilmentymiseen veressä. AP001189.4 on RNA:ta koodaava geeni, jonka toimintaa ei vielä tiedetä. Näiden tulosten perusteella muutokset säätelevät geenien toimintaa kudosspesifisesti.

Tässä tutkimuksessa saadut tulokset viittaavat siihen, että kromosomialueella 11q13.5 sijaitsee pahanlaatuiselle eturauhassyövälle altistavia perimän muutoksia, joista osa vaikuttaa geenien toiminnan säätelyyn eturauhassyöpäkasvaimissa ja veressä. Lisätutkimuksia tarvitaan selvittämään miten tunnistetut kohdegeenit altistavat syöpäkasvaimen kehittymiselle. Lisäksi tutkimusta tarvitaan määrittämään havaittujen muutosten vaikutus syöpäalttiuteen muissa populaatioissa. Tutkimuksessa tunnistettuja pahanlaatuiselle syövälle altistavia muutoksia voidaan mahdollisesti käyttää kehittämään biomarkkeripaneeli, joka tunnistaa kohonneen riskin sairastua pahanlaatuiseen syöpään.

Prostate cancer is a significant public health concern worldwide. It is the most common cancer affecting men in Finland and in other Western countries. The increased incidence of prostate cancer can be at least partly explained by the development of prostate-specific antigen testing, which results in a high rate of overdiagnosis and overtreatment. Therefore, improved biomarkers are needed to identify men at high risk of aggressive prostate cancer among the majority of patients for tailored monitoring and treatment of this disease.

The main risk factors for prostate cancer are increased age, family history and ethnicity. Inherited genetic factors contribute to the risk of prostate cancer, which has the highest estimated genetic contribution among common cancers. Studies of prostate cancer susceptibility have suggested that prostate cancer is a genetically complex disease with susceptibility factors located in multiple chromosomal regions. The chromosomal region 11q13-14 has been found to contain prostate cancer-predisposing factors in both linkage and association studies. This region has been specifically linked to prostate cancer in Finnish prostate cancer families, and it has been reported to contribute to the aggressive form of this disease. No candidate gene or other causal factor has been identified in the region to date. One interesting gene in this region is EMSY, located at 11q13.5, which has been identified as a candidate gene for breast and ovarian cancers.

The aim of the thesis was to study the region 11q13.5 in relation to prostate cancer susceptibility in Finnish men. Samples and patient information from Finnish prostate cancer patients and samples from male controls were obtained for use in this study. Fine mapping of this region using imputation and more precise screening of EMSY by Sanger sequencing resulted in identification of three intronic EMSY single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and six intergenic variants that predispose to prostate cancer. A rare EMSY mutation was found to increase the risk, particularly that of aggressive prostate cancer, in Finnish population, and it was detected in men in Finnish prostate cancer families with aggressive disease. Intergenic common variants, which were correlated with each other, were strongly associated with the risk of prostate cancer death. In addition, haplotypes including the identified risk SNPs were found to contribute to disease predisposition.

Functionality of the variants was assessed by functional annotation and by examining effects of the variants on gene expression by expression quantitative trait loci (eQTL) analysis. The prostate cancer death-associated risk SNPs coincided with enhancer elements in multiple cell types and were observed to affect the expression of DGAT2 in prostate tumours and of AP001189.4 in whole blood, suggesting tissue-specific gene regulation as a mechanism promoting tumour development. The functional annotations indicated that the EMSY SNPs may affect messenger RNA splicing of EMSY, but this finding warrants experimental confirmation.

In conclusion, alterations in the chromosomal region 11q13.5 contribute to prostate cancer susceptibility in Finnish men, increasing the risk particularly of aggressive cancer and life-threatening disease progression. Replication of the associations of these variants in other populations, as well as additional analyses of the identified target genes, are necessary for detailed characterization of their tumour-promoting properties. This thesis has revealed novel information regarding prostate cancer susceptibility that could be used in the development of a biomarker panel specific for detection of an increased risk of aggressive and advanced prostate cancer.