Intrinsic subtypes and prognostic implications in epithelial ovarian cancer

Abstract

Ovarian cancer is the seventh most common cancer in women globally, with approximately 240,000 new cases annually. Although a rare disease, it is the most lethal gynecologic malignancy. Unspecific symptoms result in late diagnosis and a generally poor prognosis. However, ovarian cancer is a heterogeneous disease comprising different disease entities, which is of importance in clinical decision-making as well as in research. This thesis describes explorative approaches to investigate the ovarian cancer heterogeneity in a hereditary ovarian cancer subset and in histopathological and molecular subtypes of ovarian cancer.

In study I, a gene expression profile differentiating the rare subgroup of Lynch syndrome-associated ovarian cancer from a matched sporadic cohort was identified. The Lynch syndrome-related expression profile was associated with proliferation and cell death processes. An external dataset was used to refine the gene expression profile, but validation with immunohistochemical staining of key proteins did not reveal any differences between the hereditary and sporadic cases. A distinct cluster of hereditary serous and endometrioid cancers was seen, whereas clear cell carcinomas (OCCCs) clustered together, whether hereditary or sporadic. In study II, gene expression profiling of OCCCs revealed extensive inter-tumor heterogeneity. Targeted deep sequencing of 60 cancer-related genes in an OCCC cohort revealed frequent mutations of chromatin remodeling genes, including mutations not previously reported in ovarian cancer. These results remain to be validated.

Study III outlined gene expression profiles in malignant, borderline, and benign serous ovarian tumors. Pre-defined molecular subtypes of ovarian cancer as well as intrinsic breast cancer subtypes were applied to our cohort. Associations between the most aggressive ovarian cancer subtypes and the basal-like breast cancer subtype were identified. The results were validated using a large, external dataset. Furthermore, associations between borderline ovarian tumors and the luminal A breast cancer subtype were discovered. The luminal A breast cancer subtype characterizes hormone receptor positive breast cancer. In study IV, we therefore outlined the protein expression of estrogen receptor (ER) α, ERβ, the progesterone receptor (PR), and the androgen receptor (AR) as well as the prognostic effect of receptor expression in serous and endometrioid ovarian cancer. Expression of PR and AR was associated with a favorable prognosis, and co-expression of PR and AR conferred an additional prognostic benefit. The mRNA levels of the encoding genes were investigated in the molecular subtypes of ovarian cancer using an external dataset. The expression varied between the different subtypes, but no prognostic benefit of dual high PGR and AR levels were revealed.

In conclusion these studies further characterize the ovarian cancer heterogeneity, and support that future ovarian cancer studies need to be stratified for both histopathologic subtypes and molecular features

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Varje år drabbas cirka 700 kvinnor i Sverige av äggstockscancer. Det motsvarar två fulla X2000-tåg. Bara ett av dessa tåg med äggstockspatienter kommer att nå sitt mål - bot. Äggstockscancer är en ovanlig sjukdom och risken att drabbas är liten (jämfört med t.ex. bröstcancer, som fyller hela 22 tåg i Sverige), men prognosen är dyster. Färre än hälften av dem som får diagnosen äggstockscancer är i livet fem år senare. Få eller diffusa symptom, som inte uppenbart signalerar allvarlig sjukdom, leder ofta till sen diagnos då sjukdomen redan hunnit sprida sig. Operation och cytostatika (cellgifter) botar en del, men majoriteten drabbas av återfall i sjukdomen inom två år.

Trots detta är bilden inte nattsvart. Mycket talar för att äggstockscancer är flera liknande sjukdomar snarare än en enda. Det kan förklara varför vissa patienter botas, medan andra får återfall. En del skillnader mellan de olika äggstockscancerformerna är välkända, som histologiska subtyper (cellutseendet i mikroskop), muterade (förändrade) gener samt ärftliga former av äggstockscancer. Mutationer orsakar cancertumörer, men gör också tumörerna sårbara så att de kan behandlas med olika läkemedel. Forskningen kring äggstockscancer tar alltmer hänsyn till skillnaderna som beskrivs här, t.ex. i studier på nya läkemedel, men många frågor återstår att lösa. I den här avhandlingen ingår fyra delarbeten som studerar olika former av äggstockscancer och undersöker hur de kan behandlas.

I studie I användes metoden genexpressionsprofilering för att analysera aktiva (påslagna) gener i ärftlig äggstockscancer kopplad till Lynch syndrom. Lynch syndrom medför en ökad risk att drabbas av flera olika cancersjukdomar. Genaktiviteten i 24 ärftliga äggstockstumörer skilde sig markant från genaktiviteten i 24 icke-ärftliga tumörer. När vi studerade genaktiviteten i de olika histologiska subtyperna fann vi att genaktiviteten i ärftlig äggstockscancer av serös och endometrioid histologisk typ skilde sig mycket från genaktiviteten i icke-ärftlig serös och endometrioid äggstockcancer. Äggstockscancer av klarcellstyp hade däremot liknande genaktivitet vare sig den var ärftlig eller icke-ärftlig. Vi analyserade också tre viktiga proteiner, p-mTOR, EGFR och PTEN, som kunde kopplas till de ärftliga tumörerna. Proteinerna studerades med immunhistokemi (antikroppsfärgning av proteinerna) i mikroskop. Proteinuttrycket skilde sig dock inte mellan de ärftliga och de icke-ärftliga tumörerna.

Äggstockscancer av klarcellshistologi är ovanlig och cytostatika har ofta dålig effekt. I studie II genomförde vi genexpressionsprofilering av 15 klarcellstumörer och fann mycket varierande genaktivitet i tumörerna, trots att de föreföll väldigt lika i studie I. Tio klarcellstumörer analyserades därför med en mutationsanalys som kallas djupsekvensering. Vi noterade att flera gener som är inblandade i hur cellernas arvsmassa (DNA) kontrolleras och läses av till proteiner var muterade. Generna kallas kromatinreglerande och flera av dem verkar vara känsliga för olika läkemedel. Dessa resultat behöver dock analyseras ytterligare.

Den vanligaste formen av äggstockscancer är av serös histologi och har likheter - bl.a. speciella genmutationer - med aggressiv bröstcancer som kallas basal-lik. Indelning av cancerformer baserad på bl.a. genmutationer kallas molekylär subtypning. Sådan indelning används ofta för bröstcancer, men än så länge sällan för äggstockscancer. I studie III analyserades 59 serösa äggstockstumörer med genexpressionsprofilering och delades in i olika molekylära subtyper, både för bröstcancer och för äggstockscancer. Vi jämförde subtyperna och noterade likheter mellan de aggressiva äggstockscancerformerna och den basal-lika bröstcancergruppen. Vi fann också likheter mellan en form av äggstockstumör som kallas borderline (som kan omvandlas till aggressiv äggstockscancer) och hormonberoende bröstcancer. Detta bekräftades i ett annat, större material bestående av 285 tumörer.

I studie IV studerade vi hormonreceptorer med immunhistokemi i 118 serösa och endometrioida äggstockstumörer. Hormonreceptorer är proteiner på tumör-cellernas yta och de styr bl.a. vilka gener som översätts till vilka proteiner i cellen. Receptorerna kan blockeras med s.k. antihormonella läkemedel. Vi studerade två olika östrogenreceptorer (ERα och ERβ), progesteronreceptorn (PR) samt androgenreceptorn (AR). Fler av patienterna vars tumörer hade många PR eller AR levde efter fem år jämfört med dem som hade få PR eller AR. De vars tumörer som hade både många PR och många AR hade ännu bättre prognos, vilket är ett helt nytt fynd. Därefter undersöktes hormonreceptorgenerna i de olika molekylära subtyperna av äggstockscancer i materialet med 285 tumörer. Genaktiviteten varierade mellan subtyperna, men vi fann inga tydliga bevis för att hög aktivitet av PR- och AR-generna kunde kopplas till en bättre prognos. Resultaten i studie III-IV kan tyda på att antihormonella läkemedel möjligen kan vara effektiva mot vissa former av äggstockscancer, men det behöver studeras vidare.

Sammantaget visar de här fyra studierna att det är nödvändigt att gruppera äggstockscancer för att kunna ta hänsyn till alla skillnader, även mellan tillsynes liknande tumörer inom samma histologiska subtyp. Det kan göra det enklare att identifiera vilka tumörtyper som bör få vilka behandlingar och öka sannolikheten att båda tågen når sitt mål – att fler kvinnor med äggstockscancer blir botade.

• author: Jönsson, Jenny-Maria
• supervisor: Mef Nilbert; Ingrid Hedenfalk; Susanne Malander
• opponent: Associte professor Carlson, Joseph, Department of Oncology-Pathology, the Karolinska Institute, Stockholm, Sweden
• organization: BioCARE: Biomarkers in Cancer Medicine improving Health Care, Education and Innovation; Breastcancer-genetics
• publishing date: 2015
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cancer and Oncology
• keywords: ovarian cancer, gene expression profiling, Lynch syndrome, targeted deep sequencing, chromatin remodeling, molecular subtypes, endocrine receptors, prognostic factors, tumor heterogeneity
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2016:5
• pages: 111 pages
• defense location: The lecture hall in the Radiotherapy building, Skåne Oncology Clinic, Lund
• defense date: 2016-01-29 10:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-230-6
• language: English
• LU publication?: yes
• id: c05ffd3d-737a-4ee5-9e08-2373bc243e23 (old id 8499980)
• date added to LUP: 2016-04-01 12:50:24
• date last changed: 2019-11-04 10:59:08