Asbestialtistuneiden keuhkosyöpä: geenien ilmentymisen ja DNA-metylaation muutosten yhteydet perimänlaajuisessa analyysissa

Tiivistelmä

Vaikka asbestikuitujen tiedetään kykenevän vaurioittamaan ihmisen perimää ja aiheuttamaan syöpää, ei kuitualtistukseen liittyviä syöpämekanismeja täysin tunneta. Työn tavoitteena on tuottaa tietoa syöpämekanismeista hyödynnettäväksi osana kuitualtistuksen riskinarviointia ja ennaltaehkäisytoimien tukea. Tarkemmin tavoitteena on selvittää millaisia eroja havaitaan keuhkosyöpäkudoksessa ja normaalissa keuhkokudoksessa geenien ja pitkien koodaamattomien säätely-RNA-molekyylien ilmentymisessä asbestialtistukseen liittyen. Pyrimme selvittämään myös mikä osa geenien ilmentymisen muutoksista keuhkosyövässä mahdollisesti johtuu aiemmin havaitsemistamme DNA-metylaation muutoksista ja ovatko ne yhteydessä yksilön asbestialtistukseen.

Keuhkosyövän (n=42) ja normaalin keuhkon (n=21) kudosten geenien sekä pitkien säätely-RNA-molekyylien ilmentymistä havainnoitiin käyttäen Agilent SurePrint G3 Human GE 8x60K v3 mikrosiruja. Tämän perimänlaajuisen geeniekspression alustava analysointi on tehty aiemmin. Nyt analysoimme ja yhdistämme lopulliset bioinformaattiset tulokset keuhkosyövän geenien ilmentymisestä perimänlaajuisen DNA-metylaatiodatan kanssa. Lopullinen tulosanalyysi, tulostietojen vertailu ja integroiminen saavutetaan datankäsittelyohjelmilla ja bioinformaattisia algoritmeja R:lla hyödyntäen. Geeniekspressiotulokset ja niiden yhdistäminen perimänlaajuisten DNA-metylaatiotulosten kanssa ovat käytettävissä 2018 lopulla ja raportoidaan kansainvälisessä tiedejulkaisussa 2018-2019.

Hankkeen vastuuhenkilö

Eeva Kettunen

Tiedote

Geeniekspression tutkimuksella tietoa molekyylitason muutoksista asbestialtistuneiden keuhkosyövässä

Tiivistelmä

Työn tavoitteena oli selvittää geenien ilmentymistä keuhkosyöpäkudoksessa asbestialtistukseen liittyen sekä viitteitä osallistuvista signalointireiteistä. Ensimmäisinä tutkimme pitkien säätely-RNA-molekyylien ilmentymistä sekä DNA-metylaation suhdetta geeniekspressioon asbestikeuhkosyövässä. Genominlaajuisia mikrosiruja ja R-ohjelmistoja käyttäen analysoimme Työterveyslaitoksessa 48 keuhkosyöpäpotilaan keuhkokudoksen geeniekspressiota yhdessä Tampereen Yliopiston Toxicology & Pharmacology- ja IARC:in Epigenetiikan ryhmien kanssa. Säätelyssä osallisena olevat genomikohdat ja rikastuneet biologiset prosessit voivat liittyä kuitualtistuksen molekyylimekanismeihin. Tieto voi hyödyttää kuitualtistuksen riskinarviointia ja ennaltaehkäisytoimia.

Lähtökohdat

Asbestikuidut vaurioittavat perimää ja voivat aiheuttaa syöpää, mutta kuitualtistukseen liittyviä molekyylimekanismeja tunnetaan puutteellisesti. Tavoite oli selvittää geenien ilmentymistä keuhkosyöpäkudoksessa asbestialtistukseen liittyen sekä yhteyttä tutkimiimme geeniekspression säätelymekanismeihin kuten DNA-metylaatiotasoihin (doi: 10.1002/ijc.30897). Systeemibiologinen lähestymistapa yhdistää eri molekyylitasoja ja valottaa kuitualtisteisessa kudoksessa osallistuvia signalointireittejä.

Aineisto

Yhteistyö Työterveyslaitoksen (TTL) ja Tampereen Yliopiston Toxicology & Pharmacology- sekä IARC:in Epigenetiikan ryhmien välillä. TTL:ssa tutkimuslupien mukaiset aineistot olivat keuhkokudos 48 potilaasta, jotka 1989-92 kävivät läpi keuhkosyöpäleikkauksen HYKS:ssä, ja tiedot iästä, sukupuolesta, tupakoinnista, työhistoriasta, kasvaimen histologiasta, levinneisyydestä ja erilaistumisasteesta. Keuhkokudospalojen asbestikuitupitoisuus oli määritetty elektronimikroskopian avulla.

Menetelmät

Agilentin genominlaajuisia mikrosiruja käyttäen analysoimme mitkä geenit ja pitkät säätely-RNAt ovat aktivoituneita tai hiljentyneitä keuhkosyövässä verrattuna normaaliin keuhkoon. Bioinformaattiset analyysit tehtiin pääasiassa R-ohjelmistoilla. Selvittääksemme mahdollisia kuitualtistukseen liittyviä signaalireittejä, vertasimme asbestille altistuneiden ja altistumattomien potilaiden keuhkokudoksen geeniaktivaatiota/inaktivaatiota ja tarkastelimme säädeltyjen geenien DNA-metylaation osuvuutta.

Tulokset ja johtopäätökset

Geenisäätelyssä rikastuneet biologiset prosessit, esim. makrofagien migraation säätely, viittaavat kuitualtistukseen liittyviin molekyylimekanismeihin. Kuiduille altistuneessa syöpäkudoksessa eri tavalla metyloituneiden geenien proteiinituotteet olivat usein tekemisissä/paikantuivat solun membraanin kanssa. Näin säädellyt geenit saattavat liittyä asbestialtistuksen muuttamiin soluprosesseihin. Tietoa voidaan hyödyntää osana kuitualtistuksen riskinarviointia ja ennaltaehkäisytoimia.

Uutuusarvo ja sovellettavuus

Tutkimuksemme on ensimmäinen, joka käsittelee pitkien säätely-RNA-molekyylien ilmentymistä ja DNA-metylaation suhdetta geeniekspressioon asbestialtistukseen liittyvässä keuhkosyövässä. Työ lisää tietoa kuitualtistukseen liittyvästä geeniaktivaatiosta ja inaktivoitumisesta. Tämän tyyppisen tutkimuksen avulla pyritään myös kartoittamaan ehdokkaita biomarkkereiksi, jotka voisivat auttaa kehittämään vakavan sairauden ennaltaehkäisyä, varhaista diagnosointia, seurantaa ja hoitoa.