CYTOGENETIC AND MOLECULAR GENETIC CHARACTERIZATION OF LIPOMAS

Abstract

The focus of this thesis was to study cytogenetic and molecular genetic aberrations in lipomas. For this purpose, chromosome banding analysis, fluorescence in situ hybridization (FISH), as well as high resolution single nucleotide polymorphism (SNP)–arrays were used to identify recurrent chromosomal aberrations in lipomas. The possible molecular targets for these aberrations were further studied through conventional and quantitative polymerase chain reaction (PCR and qRT-PCR) analyses and global gene expression profiling. Lipomas were found to be characterized by recurrent chromosome aberrations, frequently involving the HMGA2 gene. Furthermore, HMGA2 was found to be differentially expressed in different cytogenetic and morphologic subgroups of adipocytic tumors, with the highest expression levels occurring in atypical lipomatous tumor / well differentiated liposarcoma; these tumors usually have amplification, in the form of supernumerary ring chromosomes, of the chromosomal region where the HMGA2 gene is located. The second highest expression levels of HMGA2 were seen in conventional lipomas with structural rearrangements of chromosome region 12q13-15. Tumors expressing the full-length gene did not express the 3’ untranslated region (3’UTR), suggesting that the aberrant HMGA2 expression of the full-length gene was due to loss of regulatory sequences in the 3’UTR. Another frequent cytogenetic aberration in conventional lipomas was deletion of the long arm of chromosome 13. Using SNP-arrays, this deletion could be further delineated. Two minimal deleted regions (MDR) in chromosome band 13q14 were found in spindle cell lipomas (SCLs) and one in conventional lipomas; the latter MDR overlapped with one of those in SCLs. By global gene expression analysis and qRT-PCR one gene, C13orf1, was found to be expressed at significantly lower levels in conventional lipomas, and one microRNA (miR-16-1) turned out to be a potential target in SCLs. Further studies are needed to validate if the functional outcome of the 13q-deletions is loss of one or both of these genes.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Cancer uppstår via genetiska förändringar som leder till ohämmad reglering av celltillväxt. Tumörer i mjukdelar utgör en grupp av solida tumörer, med över 100 histologiska typer. Mjukdelstumörer uppstår från mesenkymal vävnad,

som inkluderar fett, bindväv, muskulatur, och det perifera nervsystemet.

Mjukdelstumörer är en extremt heterogen grupp, både vad gäller morfologi

och kliniskt förlopp. Tumörerna kan i princip uppstå var som helst i kroppen, men den vanligaste lokalisationen är låret. De flesta mjukdelstumörer uppstår sporadiskt, men ärftligt betingade former existerar också. Mjukdelstumörer består både av benigna (godartade) och maligna

(elakartade) tumörer. De benigna tumörerna är minst hundra gånger vanligare

än de maligna som utgör mindre än 1% av alla maligna tumörer. Den största

gruppen av mjukdelstumörer utgörs av fettvävstumörer, dvs tumörcellerna

liknar normala fettceller; detta innebär dock inte nödvändigtvis att tumörerna utgår från normal fettvävnad. De olika fettvävstumörerna skiljs från varandra genom olika morfologiska och kliniska egenskaper hos tumören. I gruppen benigna fettvävstumörer ingår bland annat vanligt lipom (”fettknutor”), angiolipom, och spolcellslipom (SCL) och bland de maligna finns atypisk lipomatös tumör (ALT) / väldifferentierat liposarkom (WDLS).

Tidigare studier har visat att de olika subtyperna av fettvävstumörer

kännetecknas av karakteristiska kromosomavvikelser. För vissa av dessa har

man funnit de molekylära konsekvenserna; en ofta inblandad gen är HMGA2

genen på kromosom 12. Avsikten med detta avhandlingsarbete var att närmare

studera uttrycket och regleringen av HMGA2 och att klargöra de molekylära

konsekvenserna av utvalda, cytogenetiskt påvisade kromosomavvikelser i

fettvävstumörer, med särskild inriktning på benigna tumörer.

Val av analysmetod varierade med frågeställning, men i första hand

användes kromosombandningsanalys, som ger en övergripande bild av

kromosomerna i celldelnings metafas stadium. Fluorescens in situ

hybridisering (FISH) på metafaskromosomer användes för identifiera kryptiska

rearrangemang av specifika kromosomloci. Polymeraskedjereaktionsanalys

(PCR) och real-tids PCR (qRT-PCR) av cDNA från tumör-RNA användes för studera uttryck av de gener vi var intresserade av. Slutligen användes arraybaserade metoder, som bygger på nukleotidpolymorfier (SNP array), för

högupplösande kopietalsanalys och global genexpressionsanalys (GGE), vilket

ger en övergripande bild av uttrycket av alla kända gener i ett och samma

experiment.

I Artikel I studerades karyotypen i 272 vanliga lipom med

kromosomavvikelser för att få en överblick över de förvärvade cytogenetiska

förändringar som förekommer i dessa tumörer. Fyra cytogenetiska

undergrupper påvisades: (1) strukturella rearrangemang av kromosomregionen

12q13-15 (förekom i 67% av fallen), med HMGA2 genen som sannolikt mål;

(2) deletion av kromosomarm 13q (15%); (3) övertaliga ringkromosom (6%);

(4) rearrangemang av kromosomband 6p21 (5%). Vidare kunde vi visa att

lipom som inte uppvisar någon av dessa förändringar uttrycker HMGA2, vilket

indikerar att de cytogenetiska avvikelserna är sekundära till dereglering av

HMGA2. En av de cytogenetiskt/kliniskt/patologiska samvariationer vi fann,

var att lipom med ringkromosomer i större grad återkom efter operation.

I Artikel II var avsikten att studera uttrycksmönstret för HMGA2 i

olika cytogenetiska och morfologiska undergrupper av fettvävstumörer. Högst

uttryck identifierades i ALT och WDLS följt av vanliga lipom med

rearrangemang av 12q13-15 och lipom med ringkromosom. Angiolipom, som

vanligen saknar cytogenetiska avvikelser och vars molekylära genes fortfarande är okänd, hade ett lågt uttryck av HMGA2 genen. Det har visats att uttrycket av HMGA2 kan regleras post-transkriptionellt genom inbindning av mikro RNA (miRNA) let-7 familjen till den otranslaterade slutänden (3’UTR) av HMGA2. Vi kunde visa att tumörer som uttryckte hela genen saknade 3’UTR regionen, och därmed inte kunde nedregleras av let-7. 3’UTR förlusten berodde dock inte på förändring på DNA-nivå utan sannolikt på aktivering av mer proximala stoppsignaler.

I Artikel III var avsikten att identifiera den minsta deleterade regionen

(MDR) för 13q-deletioner i lipom och SCL, samt att påvisa målgenerna för

dessa deletioner. I SCL identifierades två MDR och i lipom en MDR; den

sistnämnda överlappade med MDR1 i SCL. Vid GGE analys uppvisade fem

gener i MDR signifikant underuttryck i SCL. En av dessa var signifikant

undertryckt också i lipom - C13orf1. I SCL såg vi också att miRNA miR-16-1

var underuttryckt. Slutligen fann vi också att i vissa lipom var 13q-deletionen sekundär till överuttryck av HMGA2 genen, vilket åter betonar vikten av uttryck av HMGA2 genen för lipomutveckling.

Sammanfattningsvis har avhandlingsarbetet visat att lipom kännetecknas av karakteristiska kromosomavvikelser, där den vanligaste konsekvensen är aktivering av uttrycket av HMGA2 genen. Alternativa patogenetiska vägar, såsom rearrangemang av 6p21, vilket förmodligen leder till uttryck av HMGA1 genen och förlust av gener från kromosom 13, finns dock. Dessa, liksom mekanismerna för hur uttrycket av HMGA2 regleras, behöver studeras ytterligare.

• author: Bartuma, Hammurabi
• supervisor: Fredrik Mertens; Karolin Hansén Nord
• opponent: Professor Dei Tos, Angelo P., Department of Pathology and Oncology, General Hospital of Treviso, Treviso, Italy
• organization: Division of Clinical Genetics
• publishing date: 2011
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Medical Genetics
• keywords: soft tissue tumors, adipocytic tumors, conventional lipomas, spindle cell lipoma, HMGA2, cytogenetic, molecular genetic, SNP array, GGE
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2011:44
• pages: 166 pages
• defense location: F1 Blocket
• defense date: 2011-05-19 09:30:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-86671-92-1
• language: English
• LU publication?: yes
• id: b7fd5f6a-dd4d-488d-8e1e-c33010a6360e (old id 1897932)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:50:37
• date last changed: 2019-05-21 23:45:34