MOLECULAR PROFILING OF UROTHELIAL CARCINOMA

Abstract

The general aim of this thesis was to molecularly characterize urothelial carcinoma (UC) at the transcriptional level using gene expression microarrays to improve the classification and pathogenetic understanding of this disease. In the first two studies (Articles I and II), gene expression profiling was used to study dysregulated transcriptional networks in a large cohort of UCs. We also investigated possible associations between the expression profiles and tumor stage/grade, or mutation status of FGFR3/TP53 and LOH for chromosome 9. It was shown that the mutational status of FGFR3 and TP53 correlated with large transcriptional differences, thus indicating for two different molecular pathways of UC development. Furthermore, we found gene signatures associated with specific biological functions that correlated with molecular and histological subgroups. Finally, a high expression of MHC-class I related genes in patients with muscle-invasive tumors provided independent prognostic information for lymph-node status and overall survival. In the third study (Article III), the genetic relation between syn- or metachronous tumors was explored, revealing that the expression profile is remarkably stable in tumors collected from the same patient, despite large genomic differences. This suggests that the formation of a fixed expression profile may be an early event in the development of UC. In the final study (Article IV), we combined high-resolution BAC arrays with gene expression profiling and could show that E2F3, CDKAL1, and SOX4 in 6p22, and YWHA (14-3-3) gene family members in 8q22 and 2p25, respectively, are major target oncogenes important for high grade disease.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Varje år nydiagnostiseras cirka 2 000 personer med blåscancer i Sverige. Blåscancer drabbar främst män och är för närvarande den femte vanligaste cancerformen bland män efter prostata-, hud,- lung- och koloncancer. Risken att insjukna i blåscancer ökar med ålder och merparten av nydiagnostiserade patienter är över 60 år. Blåscancer är en heterogen sjukdom med avseende på sjukdomsförlopp. Fler än hälften (ca 75 %) av alla patienter har ytliga tumörer, d v s tumörer som endast växer i urinblåsans ytskikt. Av dessa ytliga tumörer uppvisar de flesta (ca 60 %) låg grad av cellförändring och även om dessa patienter ofta får återfall så är tumörutvecklingen sällan aggressiv och överlevnaden är över 95 % efter 5 års uppföljning. Resterande del av ytliga tumörer uppvisar högre grad av cellförändring och i denna patientgrupp är risken hög att tumören skall växa in i, eller igenom, blåsmuskulaturen (muskelinvasiv sjukdom). Ungefär en fjärdedel av alla blåscancerpatienter har redan utvecklat muskelinvasiv tumör vid diagnostillfället. För denna grupp är prognosen dålig och ungefär hälften avlider av tumörmetastaser, ofta redan inom två år.



Cancer uppstår och utvecklas som en följd av successiva förändringar (mutationer) i en cells arvsmassa (gener). I denna flerstegsprocess krävs att flera av cellens kontrollmekanismer sätts ur spel vilket slutligen leder till okontrollerad cellväxt ? en tumör bildas. Trots att många studier har genomförts i syfte att kartlägga de genetiska förändringar som orsakar blåscancer så är kunskapen fortfarande relativt begränsad. Att vidare utforska varför tumörerna uppstår och varför vissa tumörer utvecklas snabbare och mer aggressivt än andra är därför av stor betydelse.



Vi har i våra studier använt oss av så kallad microarray-teknologi. Microarray är en teknik som studerar uttrycksnivåerna av tusentals gener för varje tumörprov. Man kan således med denna teknik få en övergripande bild av vilka gensystem som är påverkade i blåscancer. Vår övergripande målsättning var att med denna metod utforska de genetiska mekanismer som ligger bakom blåscancers uppkomst samt vilka förändringar som sker vid tumörutveckling från ytlig till muskelinvasiv cancer. Identifiering av sådana förändringar kan både ge förklaring till det spridda sjukdomsförloppet som observeras hos patienter och dessutom ge möjlighet till ny diagnostik, d v s en möjlighet att identifiera de patienter som har större risk för aggressiv sjukdom.



Till grund för denna avhandling ligger fyra delarbeten. I de två första arbetena (Artikel I och II) studerades genuttrycket i tumörprov från totalt 163 patienter. Vi kunde identifiera ett antal genetiska förändringar som skiljer de mer godartade från de mer aggressiva tumörformerna. Resultat från tidigare studier har antytt att två specifika gener, FGFR3 och TP53, kan vara av betydelse får uppkomst av blåscancer. Av dessa så verkar genen FGFR3 vara viktig för uppkomst av ytliga tumörer och genen TP53 för uppkomst av muskelinvasiva tumörer. I våra studier fann vi ytterligare bevis för betydelsen av dessa gener. I Artikel I identifierade vi även en grupp av gener med betydelse för tumöråterfall. Som tidigare nämnts så har patienter diagnostiserade med muskelinvasiv sjukdom mycket dålig prognos. Vi undersökte därför specifikt denna patientgrupp och fann ett antal gener som vars förändrade uttryck kunde förutsäga överlevnad hos patienter (Artikel II). Denna kunskap innebär att man tidigt kan identifiera aggressiv tumörväxt och på så sätt urskilja de patienter med sämst prognos och som skulle dra nytta av en mer intensiv behandling.



Som tidigare nämnts så är tumöråterfall vanligt bland blåscancerpatienter. I Artikel III studerade vi därför förhållandet mellan återfallstumörer inom samma patient. Våra resultat gav ytterligare stöd till tidigare framförda teorier om hur en tumör sprids och ger upphov till återfall. Studien visade bland annat att alla tumörer hos en och samma patient uppvisar snarlika genuttrycksförändringar. Detta tyder på att tumörerna är besläktade med varandra och att de har utvecklas från en och samma genetiska förändrade ursprungscell.



Ett vanligt sätt att aktivera gener som bidrar till tumörutveckling är kopietalsförökning. Denna relativa förökning av en gens kopietal kan leda till ökat genuttryck och således ökad genaktivitet. I Artikel IV studerade vi sådana förändringar i tumörer från 38 patienter med blåcancer. Vi kunde visa att kopietalsökning av gener som CDKAL1, E2F3, SOX4, YWHAQ och YWHAZ, leder till förhöjt genuttryck och därför kan vara av betydelse för utveckling av aggressiv cancer.



Sammanfattningsvis så har våra studier av blåscancer bidragit med värdefull information om vilka genetiska system som är förändrade i blåscancer och hur blåscancer utvecklas. Vi har dessutom kunnat koppla ett antal förändringar till specifika undergrupper av tumörer, information som kan vara av betydelse för framtida molekylär diagnostik eller behandlingsformer.

• author: Lindgren, David
• supervisor: Mattias Höglund
• opponent: Professor Ørntoft, Torben, Dept. of Clinical Biochemistry, Aarhus University Hospital, Denmark
• organization: Division of Clinical Genetics
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Medical Genetics
• keywords: cytogenetik, Urology, nephrology, Urologi, nefrologi, Clinical genetics, Klinisk genetik, cytogenetics, Genetics, cancer, onkologi, Cytologi, cancerology, oncology, Cytology, TP53, FGFR3, gene expression profiling, microarray, bladder cancer, urothelial carcinoma, Genetik
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• pages: 122 pages
• defense location: Föreläsningssal F2, centralblocket, Universitetssjukhuset i Lund,
• defense date: 2006-09-14 13:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 91-85559-27-X
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: David Lindgren, Fredrik Liedberg, Anna Andersson, Gunilla Chebil, Sigurdur Gudjonsson, Åke Borg, Wiking Månsson, Thoas Fioretos and Mattias Höglund. 2006. Molecular characterization of early-stage bladder carcinomas by expression profiles, FGFR3 mutation status, and loss of 9q Oncogene, vol 25 pp 2685-96. Nature Publishing Group; David Lindgren, Fredrik Liedberg, Pär-Ola Bendahl, Anna Andersson, Sonja Aits, Attila Frigyesi, Srinivas Veerla, Kristina Lövgren, Gunilla Chebil, Sigurdur Gudjonsson, Åke Borg, Mårten Fernö, Thoas Fioretos, Wiking Månsson and Mattias Höglund. . Bladder carcinoma expression profiles associated with FGFR3/TP53 mutation status and a MHC calss I gene signature that predicts lymph node metastasis and survival (manuscript); David Lindgren, Sigurdur Gudjonsson, Kowan Je Jee, Fredrik Liedberg, Sonja Aits, Anna Andersson, Gunilla Chebi, Åke Borg, Sakari Knuutila, Thoas Fioretos, Wiking Månsson and Mattias Höglund. . Recurrent and multiple bladder tumors show conserved expression profiles regardless of genomic differences; evidence for establishment of a gene expression profile as a primary event (manuscript); Markus Heidenblad, David Lindgren, Tord Jonson, Fredrik Liedberg, Gunilla Chebil, Sigurdur Gudjonsson, Åke Borg, Wiking Månsson and Mattias Höglund. . Combined high-density genomic and expression profiling of urothelial carcinomas delineate amplification target genes in 6p22 and 8q22, specific for advanced tumors, and identify novel homozygous deletions on chromosome 9 (manuscript)
• id: 7b1c52e9-062b-499a-ae0d-5c3b91fde6f5 (old id 547058)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:52:14
• date last changed: 2019-05-21 21:52:01