Genes differentially expressed in Neurofibromatosis type 1 benign and malignant peripheral nerve sheath tumours

Abstract

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is one of the most frequent dominantly inherited diseases. The incidence is about 1:3,500 newborn. NF1 patients harbour an increased risk of developing benign nerve sheath tumours such as dermal neurofibromas (dNFs) and plexiform neurofibromas (pNFs) and a 10% lifetime risk of developing malignant peripheral nerve sheath tumours (MPNST). MPNST that usually arise from pre-existing pNFs are highly aggressive malignancies and have a dismal prognosis. To identify genes involved in NF1-tumourigenesis we performed gene expression analysis applying cDNA array technology. 26 NF1-associated tumours and 2 MPNST cell cultures were examined. Using immunohistochemistry and/or Western blotting, 8 genes were evaluated on the protein level. Thus, TP53 gene status was screened by single strand conformational polymorphism in 36 MPNST patients. Expression of 57 genes differed significantly between dNFs, pNFs and MPNST. MMP-13, p53, Syn-1 and PDGFR-α were confirmed on the protein level to be overexpressed in MPNST while Syn-4, PrP and ApoD showed increased expression in neurofibromas. MMP-13 expression was significantly associated with p53 accumulation and with a higher risk of relapse in MPNST patients. TP53 mutants were observed in 11% of MPNST patients. Polymorphism TP53Pro72 was associated with the development of metastases. A panel of genes useful for subclassification of nerve sheath tumours was identified by expression analysis. NF1-associated and sporadic MPNST could not be distinguished by this approach. MMP-13, a matrix metalloproteinase involved in tumour invasion and dissemination, was reported to be stimulated by certain TP53 mutants. The observation that most MMP-13 positive MPNST carried wild-type TP53 suggests the existence of other regulation mechanisms. Nevertheless, MMP-13 expression might be considered a risk factor for relapse. This doctoral thesis has identified several proteins likely to be involved in NF-1 tumourigenesis. The existence of medicines that inhibit MMP-13 and PDGFR-α expression might help to improve therapy for MPNST patients.

Die Neurofibromatose Typ 1 (NF1) ist eine der häufigsten dominant vererbten Erkrankungen. Die Inzidenz liegt bei 1:3.500 Neugeborenen. Patienten mit NF1 haben ein erhöhtes Risiko gutartige Nervenscheidentumore wie dermale Neurofibrome (dNFs) und plexiforme Neurofibrome (pNFs) zu entwickeln und ein 10%iges Risiko im Laufe ihres Lebens an einem malignen peripheren Nervenscheidentumor (MPNST) zu erkranken. MPNST, die in der Regel aus pNFs hervorgehen, sind sehr aggressiv und haben eine schlechten Prognose. Um Gene zu identifizieren, die eine Rolle bei der NF1-assoziierten Tumorgenese spielen, wurde eine Genexpressionsanalyse mittels cDNA-Array Technologie durchgeführt. 26 NF1-assoziierte Tumore und 2 MPNST Zelllinien wurden untersucht. 8 Gene wurden auf Proteinebene mittels Immunhistochemie und/ oder Western blot untersucht. Insgesamt wurden Tumore von 56 NF1 Patienten analysiert. Außerdem wurde das TP53 Gen mittels single strand conformational polymorphism (SSCP) auf Mutationen untersucht. Siebenundfünfzig Gene zeigten signifikante Expressionsunterschiede zwischen dNF, pNF und MPNST. Auf Proteinebene konnte eine stärkere Expression von MMP-13, p53, Syn-1 und PDGFR-α in MPNST nachgewiesen werden. Syn-4, PrP und ApoD zeigten erhöhte Expression in Neurofibromen. MMP-13 Expression korrelierte mit p53 Ablagerung und einem erhöhtem Rezidivrisiko. TP53 Mutanten wurde nur in 11% der MPNST detektiert. Die p53Pro72 Variante zeigte eine Assoziation mit Metastasierung. Die Studie identifizierte eine Serie von Genen, die bei der Subklassifizierung von Nervenscheidentumoren hilfreich sein können. NF1-assoziierte und sporadische MPNST konnten nicht differenziert werden. Frühere Studien zeigten, dass die Matrixmetalloproteinase MMP-13, welche eine Rolle bei Invasion und Metastasierung spielt, durch p53 Mutanten stimuliert wird. Die Beobachtung, dass die Mehrheit der hier untersuchten MMP-13-positiven Tumore wildtyp TP53 trugen, weißt auf andere Regulationsmechanismen. MMP-13 könnte sich allerdings als prognostischer Marker eignen. Diese Doktorarbeit hat Proteine identifiziert, die mutmaßlich eine Rolle bei Entwicklung von Nervenscheidentumoren spielen. Bereits vorhandene Medikamente, die MMP-13 und PDGFR-α inhibieren, könnten zu verbesserter Behandlung von MPNST Patienten beitragen.