dc.contributor.author
Röhr, Christina
dc.date.accessioned
2018-06-07T18:42:49Z
dc.date.available
2016-10-12T12:19:44.578Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5337
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9536
dc.description.abstract
Colorectal cancer (CRC) is the third most common malignant neoplasm and a
major cause of cancer mortality worldwide. It is known that microRNAs play a
critical role in oncogenic signaling pathways, including oncogenesis,
progression, invasion, metastasis and angiogenesis. Previous studies of
microRNA expression patterns in CRC elucidated a strong association between
expression levels of microRNAs and the tumor stage as well as the survival
prognosis for cancer patients. To investigate the microRNA expression patterns
in a global scale we performed microRNA expression analyses with Illumina next
generation sequencing technologies. We sequenced smallRNAs of eight colon
cancer patients, each with matching normal, tumor and metastasis tissues from
the same patient and analyzed in addition the microRNA expression in colon
cancer cell lines SW480 and their corresponding metastasis cell line SW620. We
found new and already known microRNAs, and validated different expression
patterns using TaqMan assay technologies. We found that an identified
signature of two microRNAs, miR-1 and miR-135b, suffice in combination to
completely discriminate tumor from normal colorectal mucosa. We extended our
screen to 330 additional tumor and normal tissue samples and were able to
confirm these microRNAs as potential biomarkers in tumors. The most promising
candidate we identified, miR-1, showed a significantly reduced expression in
primary colon tumor and metastasis and was constantly down-regulated over 16
additional tumor entities. This microRNA is reported to target and inhibit
c-Met (met proto-oncogene (hepatocyte growth factor receptor)) in
rhabdomyosarcoma and it is also known as down-regulated in primary lung cancer
tissues and cell lines. Based on these findings and on the results of our
expression analyses we could demonstrate an effect of miR-1 overexpression on
cell viability and on wound healing behavior in colon cancer cells. The
functional analyses showed a tumor suppressive activity of miR-1 in the
advancement of CRC. Using target prediction algorithms, such as TargetScan and
PicTar, we identified PTPLAD1 (protein tyrosine phosphatase-like A domain
containing 1) as target and showed a direct regulation through miR-1 through
GFP reporter assay. Additionally, the influence on the chemosensitivity of CRC
cells towards camptothecin in response to a miR-1 overexpression was
investigated, and a synergistic effect was shown in colon cancer cell lines.
Within further studies we used PyBioS, a systems-biology simulation of
cellular cancer models, to examine miR-1 function and the effects of a miR-1
depletion as well as overexpression as a potential therapeutic option. For our
colon cancer patients we showed that a combination of deep sequencing data and
a systems biological modeling of microRNA drug treatment could be a promising
tool to realize new strategies for personalized cancer therapy, where a
patient-specific prognosis could be possible. In this study not only known
microRNAs were analyzed using next generation sequencing. In addition, we were
able to identify and validate not yet annotated microRNAs. Using Northern Blot
analyses we proofed the existence of a novel microRNA localized on chromosome
17 (chr17:70256349-70256434) with a predicted secondary structure that
underlines the integrity of this novel microRNA. As an additional
characteristic for colon cancer progression we investigated mutations in
microRNA regions, whereas the identified unknown variations localized in miR-
663b and miR-1324 were determined as somatic mutations. Based on the whole
exome re-sequencing data we analyzed mutation rates in microsatellite instable
(MSI) and stable (MSS) colon cancer patients. Applying two different re-
sequencing technologies, microarray-based-genomic selection technology and a
multiplex exon capturing approach, we observed a higher mutation rate in MSI
colon cancer patients. In conclusion, this work emphasized the critical role
of microRNAs in the pathogenesis of colorectal cancer and underlines the
significance of microRNAs in the development of new strategies for
individualized cancer treatment. This approach could facilitate the
identification of novel diagnostic and prognostic biomarkers, but also for the
design of new therapeutic molecules.
de
dc.description.abstract
Kolorektale Karzinome gehören zu den dritthäufigsten malignen Neoplasmen und
zählen weltweit zu der häufigsten Todesursache. Es ist bekannt, dass microRNAs
eine entscheidende Rolle in Signalwegen, wie der Onkogenese, Tumorprogression
und -invasion, sowie der Metastasierung und Angiogenese spielen. Frühere
Studien von microRNA-Expressionsmustern im kolorektalen Karzinom zeigten einen
engen Zusammenhang zwischen den Expressionsintesitäten von microRNAs und dem
Tumorstadium sowie der Überlebensprognose von Krebspatienten. Um microRNA-
Expressionsmuster im globalen Maßstab zu untersuchen, führten wir microRNA-
Expressionsanalysen unter Anwendung der Illumina „Next-Generation“
Sequenzierungstechnologie (NGS) durch. Wir sequenzierten die „smallRNA“
Fraktion von acht Darmkrebspatienten, dabei von jedem Patienten jeweils
Normal-, Tumor- und Metastasengewebe. Zusätzlich wurde die microRNA-Expression
in der Darmkrebszelllinie SW480 und ihrer entsprechenden Metastasenzelllinie
SW620 von uns analysiert. Hierbei fanden wir neue als auch bereits bekannte
microRNAs und validierten verschiedene Expressionsmuster unter Verwendung der
„TaqMan Assay“ Technologie. Eine von uns identifizierte Expressionssignatur
von zwei microRNAs, miR-1 und miR-135b, genügte, um eine vollständige
Auftrennung des Tumorgewebes von der normalen kolorektalen Schleimhaut zu
erreichen. Wir erweiterten unsere Untersuchungen auf 330 zusätzliche Tumor-
und Normalgewebeproben und waren in der Lage, die erwähnten microRNAs als
potentielle Biomarker für Tumore zu bestätigen. Der vielversprechendste von
uns identifizierte Kandidat, miR-1, zeigte eine signifikant reduzierte
Expression im primären Darmkarzinom und in Metastasen, ebenso war miR-1 in 16
zusätzlichen Tumorentitäten konstant herunterreguliert. Diese microRNA
interagiert und inhibiert das Onkogen c-Met (met proto-oncogene (hepatocyte
growth factor receptor)) im Rhabdomyosarkom, und ist ebenfalls im primären
Lungenkarzinomgewebe als auch in Lungenkarzinomzelllinien herunterreguliert.
Basierend auf diesen Forschungsergebnissen und anhand der von uns aus
Expressionsanalysen erhaltenen Resultate, konnten wir einen Effekt auf die
Zellviabilität und das Wundheilungsverhalten von miR-1-überexpremierenden
Darmkarzinomzellen demonstrieren. Funktionelle Analysen zeigten eine
tumorsuppressive Aktivität von miR-1 im Hinblick auf die fortschreitende
Entwicklung eines kolorektalen Karzinoms. Unter Anwendung von
Vorhersagealgorithmen, wie TargetScan und PicTar, identifizierten wir
verschiedene miR-1 Targetgene und selektionierten PTPLAD1 (protein tyrosine
phosphatase-like A domain containing 1), VEGFA (vascular endothelial growth
factor A), PDGFA (platelet-derived growth factor alpha polypeptide) und HIF1A
(hypoxia inducible factor 1, alpha subunit (basic helix-loop-helix
transcription factor)) für weiterführende GFP-Reporterassays, in deren Verlauf
wir eine direkte Regulation von PTPLAD1 durch miR-1 beweisen konnten. Darüber
hinaus untersuchten wir den Einfluss auf die Chemosensitivität in kolorektalen
Karzinomzellen gegenüber Champtothecin als Antwort auf eine miR-1
Überexpression und konnten einen synergistischen Effekt in Darmkrebszelllinien
nachweisen. In weiterführenden Analysen verwendeten wir PyBioS, ein
systembiologisches Simulationsprogramm, das auf zellulären Krebsmodellen
basiert, um miR-1 als mögliche Therapieoption zu untersuchen. Für die von uns
untersuchten Darmkrebspatienten konnten wir zeigen, dass eine Kombination von
Sequenzierungsdaten und einer systembiologischen Modellierung der microRNA-
bezogenen Arzneimitteltherapie ein vielversprechendes Hilfsmittel darstellt,
um neue Strategien in der personalisierten Krebstherapie zu realisieren. Die
Erstellung patientenspezifischer Prognosen könnte dadurch erreicht werden. In
dieser Studie konnten nicht nur bereits bekannte microRNAs mit Hilfe der Next-
Generation-Sequenzierungstechnologie analysiert, sondern auch unbekannte
microRNAs identifiziert und validiert werden. Unter Anwendung von Northern
Blot Analysen war es möglich, die Existenz einer neuen microRNA zu beweisen,
die auf Chromosom 17 (chr17:70256349-70256434) lokalisiert ist und deren
prognostizierte Sekundär-Struktur ebenfalls die Integrität der neu
identifizierten microRNA unterstreicht. Als eine weitere mögliche Ursache der
Darmkrebsentwicklung untersuchten wir Mutationen in microRNA-Regionen, wobei
die identifizierten und noch nicht annotierten Variationen, lokalisiert in
miR-663b und miR-1324, als somatische Mutationen bestimmt wurden. Im Rahmen
der Mutationsanalysen konnten wir auch zeigen, dass die Mutationsrate in
mikrosatelliten-instabilen (MSI) Darmtumoren im Gegensatz zu mikrosatelliten-
stabilen (MSS) signifikant erhöht sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass
die vorliegende Arbeit die entscheidende Rolle von microRNAs in der
Pathogenese des kolorektalen Karzinoms hervorhebt, und die Signifikanz von
microRNAs in der Entwicklung neuer Strategien für die individualisierte
Krebstherapie unterstreicht, in der microRNAs sowohl als neue diagnostische
und prognostische, aber auch als potentielle neue therapeutische Wirkstoffe
fungieren können.
de
dc.format.extent
xvii, 168 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
colorectal cancer
dc.subject
next generation sequencing
dc.subject
mutation analyses
dc.subject
re-sequencing technologies
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Analyses of regulatory mechanisms and identification of microRNAs as
biomarkers in colorectal cancer
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Hans Lehrach
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Rupert Mutzel
dc.date.accepted
2013-10-12
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000103176-0
dc.title.translated
Analyse regulatorischer Mechanismen und Identifizierung von microRNAs als
Biomarker im kolorektalen Karzinom
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000103176
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000020139
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access