Uveal melanoma (UM) is a challenging cancer which is a rare type of melanoma. It originates from the melanocytes, which bear GNAQ/GNA11 mutations, localized in the ocular tract, and progress with a high risk of metastasis associated with poor prognosis and limited therapeutic options. When the primary cancer cells metastasize, the median survival is on average twelve months. There are two main UM subtypes differing by their genomic profile and metastatic properties in the literature. UMs with Monosomy 3 (M3) subtype which is characterized by the loss of chromosome 3 and BAP1 mutation are associated with a worse prognosis. UMs with Disomy 3 (D3) do not show the loss of chromosome 3 yet, they carry mutually exclusive EIF1AX or SF3B1 mutations and exhibit better prognosis. In contrast to the D3 subtype, the underlying reasons why the M3 subtype with BAP1 mutations are linked to very high metastatic risk within the disease mechanisms are not fully understood. The low tumor mutation burden of UM suggests a contribution of epigenetic components to the disease mechanism. BAP1 is a member of the Polycomb repressive deubiquitinase (PR-DUB) complex acting as a tumor suppressor and an epigenetic regulator. Given the relevance of BAP1 loss in UM, we hypothesized that repatterning in the epigenetic landscape and regulation might be affected by the absence of BAP1, causing novel TF interplay that contributes to reprogramming the cells towards malignancy. Thus, we compared the genome-wide patterns in BAP1 wild-type versus BAP1 mutant cases. Within this scope, this thesis aims to decipher the altered gene regulation networks investigating the effects of BAP1 loss in UM. We set out to model BAP1 loss in UM cell lines to better understand the molecular programs related to the subtype. Then, we investigated the differences between transcriptomic and epigenomic landscapes in an integrative manner. Our findings demonstrated that BAP1 predominantly binds to active regulatory regions, particularly transcription start sites and enhancers. Its binding influences the chromatin landscape and facilitates interactions with pioneering transcription factors TFAP2A and TFAP2C, which may contribute to transcriptional reprogramming observed in BAP1-deficient UM cells. Furthermore, the loss of BAP1 leads to aberrations in the histone landscape, including alterations in H3K4me3, H3K4me1, H3K27ac, and H3K27me3, as well as chromatin remodeling at functional genomic elements, accompanied by changes in chromatin accessibility.
Das Uveale Melanom (UM) ist eine herausfordernde Krebsart und eine seltene Form des Melanoms. Es entsteht aus Melanozyten, die GNAQ/GNA11-Mutationen tragen, welche im Augenbereich lokalisiert sind und sich mit einem hohen Metastasierungsrisiko entwickeln, das mit einer schlechten Prognose und begrenzten therapeutischen Möglichkeiten verbunden ist. Wenn die Primärtumorzellen metastasieren, liegt die mittlere Überlebenszeit im Durchschnitt bei zwölf Monaten. In der Literatur werden zwei Hauptsubtypen des UM beschrieben, die sich durch ihr genomisches Profil und ihre metastatischen Eigenschaften unterscheiden. UMs des Subtyps Monosomie 3 (M3), die durch den Verlust von Chromosom 3 und eine BAP1-Mutation gekennzeichnet sind, weisen eine schlechtere Prognose auf. Im Gegensatz dazu zeigen UMs des Subtyps Disomie 3 (D3) keinen Verlust von Chromosom 3, tragen jedoch wechselseitig ausschließende EIF1AX- oder SF3B1-Mutationen und weisen eine bessere Prognose auf. Im Gegensatz zum D3-Subtyp sind die zugrunde liegenden Mechanismen, warum der M3-Subtyp mit BAP1-Mutationen mit einem sehr hohen Metastasierungsrisiko verbunden ist, noch nicht vollständig verstanden. Die niedrige Tumormutationslast von UM deutet auf die Beteiligung epigenetischer Komponenten am Krankheitsmechanismus hin. BAP1 ist ein Mitglied des Polycomb Repressive Deubiquitinase (PR-DUB)-Komplexes und wirkt als Tumorsuppressor und epigenetischer Regulator. Angesichts der Relevanz des BAP1-Verlustes im UM haben wir die Hypothese aufgestellt, dass Veränderungen in der epigenetischen Landschaft und Regulation durch das Fehlen von BAP1 beeinflusst werden könnten, was eine neue Interaktion von Transkriptionsfaktoren (TF) verursacht, die zur Umprogrammierung der Zellen in Richtung Malignität beiträgt. Dementsprechend haben wir die genomweiten Muster von BAP1-Wildtyp- und BAP1-Mutantenfällen verglichen. In diesem Zusammenhang zielt diese Arbeit darauf ab, die veränderten Genregulationsnetzwerke zu entschlüsseln und die Auswirkungen des BAP1-Verlusts im UM zu untersuchen. Wir haben den BAP1-Verlust in UM-Zelllinien modelliert, um die molekularen Programme, die mit dem Subtyp in Zusammenhang stehen, besser zu verstehen. Anschließend untersuchten wir die Unterschiede zwischen transkriptomischen und epigenomischen Landschaften auf integrative Weise. Unsere Ergebnisse zeigten, dass BAP1 hauptsächlich an aktiven regulatorischen Regionen, insbesondere an Transkriptionsstartstellen und Enhancern, bindet. Seine Bindung beeinflusst die Chromatinlandschaft und erleichtert die Interaktion mit den pionierhaften Transkriptionsfaktoren TFAP2A und TFAP2C, was zur beobachteten transkriptionellen Umprogrammierung in BAP1-defizienten UM-Zellen beitragen könnte. Darüber hinaus führt der Verlust von BAP1 zu Veränderungen in der Histonlandschaft, einschließlich Veränderungen in H3K4me3, H3K4me1, H3K27ac und H3K27me3, sowie zur Chromatinumgestaltung an funktionellen genomischen Elementen, begleitet von Änderungen in der Chromatinzugänglichkeit.
