dc.contributor.author
Börno, Stefan
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:15:44Z
dc.date.available
2012-11-27T11:43:49.559Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/7618
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-11817
dc.description.abstract
Prostate tumourigenesis is accompanied by extensive alterations in the DNA
methylation patterns with presumably severe effects on gene expression. To
identify tumour- and tumour subgroup- specific alterations in the DNA
methylation pattern I applied an immunoprecipitation-based enrichment approach
for methylated DNA regions followed by SOLiD sequencing (MeDIP-Seq) on 51
tumour and 53 normal prostate samples. I discovered significant
hypermethylations in homeobox genes, tumour suppressor and oncogenes, G
protein coupled receptors, as well as in microRNA regions; hypomethylations
mainly occurred in repetitive extragenic regions. Beside regions that are
already described as hypermethylated in prostate cancer like GSTP1 and RARB I
extracted hundreds of promising tumour specific markers and could validate
more than 80 of them using bisulphite mass spectrometry analyses. Furthermore,
I could show the diagnostic potential of three of the markers for the non-
invasive detection of prostate cancer in urinary DNA by a quantitative
methylation specific PCR approach. Integration of gene and miRNA expression
data with the methylation data revealed a dependency of gene expression from
DNA methylation mainly in highly expressed genes. Using luciferase methylation
assays I could prove methylation dependent downregulation of DUOX1,
miR23/24/27 and miR26a. Approximately 50% of all prostate tumours show a
fusion of the androgen regulated transmembrane protease, serine 2 (TMPRSS2)
and the v-ets erythroblastosis virus E26 oncogene homolog (ERG) oncogene
resulting in an increased expression of ERG. Comparisons of the DNA
methylation patterns of TMPRSS2:ERG fusion positive and fusion negative
tumours revealed pronounced differential methylations in the latter
(‘methylator’ phenotype) while fusion positive samples exhibited a less
altered methylation phenotype. In further analyses, I could show that enhancer
of zeste homolog 2 (EZH2) – a histone methyltransferase linking histone
modifications to DNA methylations – was significantly higher expressed in
fusion negative samples. This went along with a hypermethylation of the miR26a
genomic region leading to a decreased expression of the EZH2 regulating
miR26a. Treatment of fusion negative PC3 cells with 5-aza-2’-deoxycytidine
could re-establish miR26a expression with subsequent EZH2 suppression. Based
on these data, I deduced a model for the development of prostate cancer in
fusion positive and fusion negative patients: In tumours bearing the
TMPRSS2:ERG fusion gene the increased expression of ERG results in a direct
activation of the transcription of EZH2 and further oncogenes, while in fusion
negative tumours the genomic methylation and suppression of miR26a causes an
even more pronounced upregulation of EZH2. This strong increase of EZH2 leads
to extensive changes in the DNA methylation and gene expression patterns. The
elucidated pathways can be exploited in personalised prostate cancer
therapies: Based on the pathomechanism of fusion positive tumours PARP1
inhibitors could be used in this class, while patients without a TMPRSS2:ERG
gene fusion might benefit from EZH2 inhibitors like 3-deazaneplanocin A.
de
dc.description.abstract
Die Entstehung von Prostatatumoren wird von weitreichenden Veränderungen der
DNA-Methylierungs- und assoziierter Genexpressionsmuster begleitet. Zur
Identifizierung tumor- und tumorsubklassenspezifischer Variationen der DNA-
Methylierungsmuster habe ich methylierte DNA-Regionen von 53 Normal- und 51
Tumorproben über Immunopräzipitationen angereichert und mit dem SOLiD-System
sequenziert (MeDIP-Seq). Dabei konnte ich signifikante Hypermethylierungen in
Homöobox-, Tumorsuppressor- und Onkogenen, G-Protein-gekoppelten Rezeptoren,
sowie in microRNA-Regionen feststellen. Hypomethylierungen betrafen hingegen
vor allem repetitive extragenische Bereiche. Neben den in Prostatatumoren
bereits als hypermethyliert beschriebenen Regionen wie GSTP1 oder RARB habe
ich hunderte weitere tumorspezifische Marker identifiziert und konnte mehr als
80 von ihnen unter Verwendung eines bisulfitspezifischen
Massenspektrometrieansatzes validieren. Für drei Marker habe ich in DNA, die
ich aus Patientenurin isoliert habe, quantitative methylierungsspezifische
PCRs durchgeführt und konnte so das Potential dieses nichtinvasiven Ansatzes
für die Prostatakrebsdiagnose aufzeigen. Die Integration von Gen- und
microRNA-Expressionsdaten mit den Methylierungsdaten zeigte eine Abhängigkeit
der Genexpression von DNA-Methylierungen insbesondere bei stark exprimierten
Genen auf. Durch Luziferase-Methylierungsexperimente konnte ich eine
methylierungsabhängige Herabregulierung der Expressionen von DUOX1,
miR23/24/27 und miR26a bestätigen. Bei etwa 50% aller Prostatatumore läßt sich
eine Fusion der androgenregulierten transmembrane protease, serine 2 (TMPRSS2)
und dem Onkogen v-ets erythroblastosis virus E26 oncogene homolog (ERG)
nachweisen, die eine vermehrte Expression von ERG zur Folge hat. Vergleiche
der Methylierungsmuster der TMPRSS2:ERG-fusionspositiven und -negativen Tumore
zeigten eine deutlich ausgeprägtere differentielle Methylierung in letzteren
(„Methylator“-Phänotyp), während fusionspositive Tumore einen weniger stark
veränderten Methylierungsphänotyp aufwiesen. In weiterführenden Analysen
konnte ich zeigen, daß enhancer of zeste homolog 2 (EZH2) – eine
Histonmethyltransferase und Bindeglied zwischen Histonmodifikationen und DNA-
Methylierung –in fusionsnegativen Proben signifikant stärker exprimiert
vorliegt. Dies wird von einer genomischen Hypermethylierung der miR26a-Region
begleitet, die zu einer verminderten Expression der EZH2-regulatorischen
miR26a führt. Eine 5-Aza-2`-desoxycytidin-Behandlung fusionsnegativer
PC3-Zellen führte zur Wiederherstellung der miR26a-Expression und damit zu
einer Suppression von EZH2. Basierend auf diesen Daten konnte ich ein Modell
der Entstehung von fusionsnegativen und –positiven Tumoren ableiten: Bei
Tumoren mit dem TMPRSS2:ERG-Fusionsgen führt die Überexpression des ERG-
Onkogens zu einer direkten Aktivierung der Transkription von EZH2 und weiteren
Onkogenen. Bei fusionsnegativen Tumoren hingegen führt die genomische
Methylierung der miR26a Region und die damiteinhergehende verminderte
Expression von miR26a zu einer noch stärker ausgeprägten Überexpression von
EZH2. Dieser sehr starke Anstieg von EZH2 führt zu extensiven Veränderungen
der DNA-Methylierungs- und Genexpressionsmuster in dieser Tumorsubgruppe. Die
in dieser Arbeit aufgezeigten Mechanismen haben weitreichende Konsequenzen für
eine personalisierte Therapie von Patienten mit Prostatatumoren: Aufgrund des
Pathomechanismus bieten sich bei fusionsgenpositiven Tumoren PARP1-Inhibitoren
an, wohingegen Patienten ohne TMPRSS2:ERG-Genfusion von EZH2-Inhibitoren wie
3-deazaneplanocin A profitieren würden.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
prostate cancer
dc.subject
DNA methylation
dc.subject
next generation sequencing
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Analyses of DNA methylation patterns in prostate cancer
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Hans Lehrach
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Rupert Mutzel
dc.date.accepted
2012-10-17
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000040199-3
dc.title.translated
Analysen der DNA-Methylierungsmuster im Prostatakarzinom
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000040199
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000012603
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access