Genetic risk factors for hereditary prostate cancer in Finland - From targeted analysis of susceptibility loci to genome-wide copy number variation study

Abstract

Periytyvä eturauhassyöpäalttius Suomessa - tunnettuja ja uusia kandidaattigeenejä

Noin joka neljäs ihminen sairastuu elämänsä aikana syöpään. Suomessa miesten yleisin syöpäsairaus on eturauhassyöpä, joka todetaan vuosittain noin 5000 miehellä. Suuri osa eturauhassyöpäalttiudesta selittyy perinnöllisillä tekijöillä. Eturauhassyöpä on kuitenkin geneettisesti huomattavan heterogeeninen sairaus. Toistaiseksi tunnetaan vain muutamia varsinaisia alttiusgeenejä, joiden virheet liittyvät korkeaan sairastumisriskiin. Näiden harvinaisten muutosten lisäksi on löydetty useita yleisempiä, matalan riskin geenivirheitä. Suomalaisissa korkean riskin perheissä tunnetut geenivirheet selittävät kuitenkin vain pienen osan eturauhassyöpätapauksista, eikä sairastumisriskissä olevia perheenjäseniä ole tällä hetkellä mahdollista luotettavasti tunnistaa. Tutkimuksen tavoitteena oli saada uutta tietoa eturauhassyövälle altistavista perinnöllisistä tekijöistä suomalaisväestössä.

Tutkimuksessa keskityttiin etsimään geenivirheitä erityisesti kromosomialueilta 2q37 ja 17q11.2-q22, joiden on jo aiemmin todettu liittyvän kohonneeseen eturauhassyöpäalttiuteen. Alueiden hienokartoitus perustui DNA:n ja RNA:n syväsekvensointiin. Havaittujen, mahdollisesti haitallisiksi arvioitujen geenivirheiden yhteyttä eturauhassyöpään selvitettiin tutkimalla näiden muutosten esiintyvyyttä laajoissa potilas- ja verrokkiaineistoissa mm. TaqMan-kemiaa ja Sequenom MassARRAY-teknologiaa hyödyntäen. Lisäksi eturauhassyöpäpotilailta etsittiin geenien kopioluvun muutoksia koko perimän alueelta. Kopiolukuanalyysissä käytettiin sirupohjaista vertailevaa genomista hybridisaatiomenetelmää (ns. array-CGH).

Kromosomialueelle 2q37 on aiemmissa tutkimuksissa paikannettu kaksi kandidaattigeeniä, HDAC4 ja ANO7, ja alueelle 17q11.2-q22 samoin kaksi kandidaattigeeniä, HOXB13 ja ZNF652. Näistä erityisesti HOXB13-geenin p.G84E-muutoksen on havaittu liittyvän periytyvään eturauhassyöpäalttiuteen. Tässä tutkimuksessa selvitettiin kyseisen p.G84E-muutoksen yleisyyttä Suomessa. Muutos oli osoitettavissa 8.4 %:lla potilaista, jotka kuuluivat korkean riskin eturauhassyöpäperheisiin, sekä 3.6 %:lla satunnaista eturauhassyöpää sairastavista potilaista, kun taas verrokeista vain 1.0 % todettiin muutoksen kantajiksi. HOXB13-geenin p.G84E-muutos on siis toistaiseksi yleisin eturauhassyövälle altistava geenivirhe Suomessa. ZNF652-geenistä tunnistettiin kaksi uutta, haitalliseksi ennustettua muutosta, jotka liittyivät kohonneeseen eturauhassyöpäalttiuteen sekä perheaineistossa että satunnaista eturauhassyöpää sairastavilla potilailla. Lisäksi HDAC4-geenistä löydettiin uusi, harvinainen periytyvään eturauhassyöpäalttiuteen liittyvä muutos ja ANO7-geenistä kahdeksan mahdollisesti haitallista muutosta, joskin näiden geenivirheiden kliinisen merkityksen arvioiminen edellyttää vielä lisäselvityksiä. Tutkimuksessa löydettiin myös uusia mahdollisia eturauhassyövän kandidaattigeenejä, esimerkiksi HOXB3 ja EFCAB13 alueelta 17q21.3. Kopiolukuanalyysissä tunnistettiin neljä kopiolukumuutosta, jotka olivat rikastuneet korkean riskin eturauhassyöpäperheisiin kontrolleihin verrattuna. Näistä kuitenkin vain yhden muutoksen, kromosomialueella 3p11.1 sijaitsevan EPHA3-geenin deleetion voitiin osoittaa liittyvän kohonneeseen eturauhassyöpäalttiuteen. EPHA3-deleetio oli noin kaksi kertaa yleisempi perinnöllistä eturauhassyöpää sairastavilla potilailla (11.6 %) kuin verrokeilla (6.1 %).

Väitöskirjatyössä sekä tunnetuista että uusista kandidaattigeeneistä tunnistettiin useita mahdollisesti haitallisia, kohonneeseen eturauhassyöpäalttiuteen liittyviä geenivirheitä. Erityisesti vahvistui HOXB13-geenin keskeinen osuus perinnöllisen eturauhassyövän riskitekijänä suomalaisväestössä. Uusien löydösten kliininen merkitys tulee vielä varmentaa jatkotutkimuksissa. On kuitenkin mahdollista, että väitöskirjatyössä saatua tietoa voidaan tulevaisuudessa hyödyntää esimerkiksi eturauhassyövän seulonnassa, diagnostiikassa ja hoitomuotojen valinnassa.

Prostate cancer is the most frequently diagnosed male malignancy in industrialized Western countries. In Finland, approximately 5000 new cases emerge each year, which is equal to more than one-third of all male cancers. Following lung cancer, prostate cancer is the second most common cause of cancer death in Finland (Finnish Cancer Registry). The burden not only to the patients and their families but also to the national health care system is, therefore, significant.

While the etiology of prostate cancer is not yet fully understood, a few specific risk factors have been recognized, including advanced age, ethnic origin and positive family history. In addition to genetic predisposition, environmental factors, diet and hormones likely modify the disease risk. A majority of prostate cancer cases are sporadic, but approximately 5-10% of cases can be classified as hereditary cancers, which result from inherited germline variants predisposing their carriers to the disease. In prostate cancer, genetic factors play an essential role and have been estimated to explain as much as 58% of the cancer risk. Unlike other common cancers, such as breast or colorectal cancer, prostate cancer is genetically very heterogeneous, which has made the identification of genetic susceptibility factors extremely challenging. Only a few high-risk candidate genes and variants have been found, and the risk effect of the more common variants is typically low. As a consequence, in many Finnish prostate cancer families, the underlying causative gene defects remain unknown.

The aim of this thesis study was to identify novel genetic factors contributing to prostate cancer predisposition in Finland. The search focused especially on two chromosomal regions, 2q37 and 17q11-q22, which have repeatedly shown a strong linkage with increased prostate cancer risk in various populations. These two loci were characterized by sequencing samples representing both familial and unselected prostate cancer patients, as well as unaffected controls. In addition, a genome-wide copy number variation analysis was performed on familial prostate cancer patients to locate genomic alterations associated with increased risk of hereditary prostate cancer.

Additional evidence for a role in prostate carcinogenesis was obtained for several previously reported candidate genes, including HOXB13 and ZNF652 at 17q21.3 and HDAC4 and ANO7 at 2q37. In particular, the importance of the HOXB13 variant p.G84E was established in this study. This variant was observed at a frequency of 8.4% among familial prostate cancer patients (vs. 1.0% in controls), making it the most common prostate-cancer-associated risk variant detected in Finland thus far. This variant was also associated with earlier age at disease onset (<55 years). In a sequence analysis, potential risk alleles were identified in the other candidate genes as well. Two ZNF652 variants and one HDAC4 variant were shown to associate significantly with hereditary prostate cancer. Although the co-occurrence of these variants with the disease was incomplete, the variants were more common among prostate cancer patients than among unaffected family members. The sequencing of the coding region of the ANO7 gene revealed eight possibly pathogenic variants, but additional co-segregation and association analyses are required to establish their clinical significance.

In addition, novel putative prostate cancer candidate genes were identified, most importantly EPHA3 at 3p11.1. The EPHA3 gene codes for a receptor tyrosine kinase that is responsible for signal transduction between neighbouring cells. This gene is commonly mutated in several cancers. In this study, a 14.7 kb intronic deletion within the EPHA3 gene was detected in 11.6% of familial prostate cancer patients but in only 6.1% of unaffected controls. The results also suggest that EPHA3 deletion may predispose patients to a more aggressive form of the disease, but this finding requires further validation.

In this thesis, several hereditary factors likely contributing to prostate cancer susceptibility were identified in previously reported and novel prostate cancer candidate genes. These findings need to be confirmed in further studies. It is possible, however, that in the future, some of the observed variants may be applied in clinical diagnostics, for example, for the early identification of individuals with high prostate cancer risk.