Molecular characterization of neurofibromatosis type 1–associated malignant peripheral nerve sheath tumours and functional identification of genes involved in their pathogenesis

Abstract

Malignant peripheral nerve sheath tumour (MPNST) is a soft tissue sarcoma of the peripheral nervous system. Around 50% of MPNSTs develop in the context of the hereditary cancer neurofibromatosis type 1 (NF1), normally arising from pre-existing benign plexiform neurofibromas (pNFs). While pNFs do not show gross genomic alterations, MPNSTs present a hyperploid genome with recurrent somatic copy number alterations (SCNAs). We hypothesized that these SCNAs have an impact on gene expression in a regional manner, which can be informative when studying MPNST pathogenesis. This regional transcriptomic information could be employed for finding genes involved in the pathogenesis of MPNSTs, including some potential therapeutic targets. The main objective of this thesis project was to characterize the MPNST genome and use regional genomic information by the integration of DNA copy number and gene expression in order to identify genes and molecular mechanisms involved in the pathogenesis of MPNSTs arising in the context of NF1.

Copy number analysis was performed by using SNP array and two DNA-based qPCR assays. A probe-based qPCR assay was developed for an accurate detection of constitutional and somatic deletions in the NF1 gene. A second qPCR assay was designed to detect SCNAs in MPNSTs, where genomic repetitive sequences were found to improve the normalization of copy number data. The analysis of the genome of a set of MPNSTs by SNP array confirmed a hyperploid genome with recurrent SCNAs for these tumours. ln addition, expression microarray data from a different set of tumours was used to identify regions of the MPNST genome with a significant abundance of over- or underexpressed genes, known as transcriptional imbalances (Tls). These Tls were found to be globally associated with the identified recurrent SCNAs, especially for Tls of overexpression with genomic gains. Tls of underexpression were found to be associated with genomic losses and significatively enriched in genes that were hypermethylated in MPNSTs compared to benign pNFs. All together these results indicated a remarkable impact of regional genomic copy number alterations (and probably also a regional epigenomic status) on the expression of the genes contained in these regions. RNAi experiments and functional genetic approaches used in MPNST cell lines seemed to indicate that Tls, despite probably including one or few drivers of MPNST pathogenesis, would be mainly capturing passenger gene expression. T1 information, together with previous biological knowledge of cancer genes in other tumour types, was used to search drivers of MPNST pathogenesis encompassed within Tls. Furthermore, the exclusive information provided by Tls was used to select genes with an opposed differential expression to the T1 overall expression, which facilitated the identification of candidate genes and molecular mechanisms for MPNST pathogenesis: borealin and the chromosomal passenger complex seemed to be involved in MPNST pathogenesis, and some mitotic kinesins, such as K1F11, K1F15 and KIF23, were also proposed as important players. ln addition, K1F11 was found to be a novel potential therapeutic target for the treatment of MPNSTs.

El tumor maligne de la beina dels nervis perifèrics (MPNST) és un sarcoma de teixit tou del sistema nerviós perifèric. Al voltant del 50% dels MPNSTs es desenvolupen en el context de la neurofibromatosi de tipus 1 (NF1) a partir de neurofibromes plexiformes (pNFs) preexistents. Mentre que els pNFs no mostren grans alteracions genòmiques, els MPNSTs presenten un genoma hiperploide amb diverses alteracions somàtiques en el nombre de còpies (SCNAs), que són recurrents. En aquesta tesi s'hipotetiza que les SCNAs tenen un impacte en l'expressió gènica de manera regional, i que aquesta informació transcriptòmica pot ser emprada per trobar gens implicats en la patogènesi dels MPNSTs. L'objectiu principal d'aquesta tesi ha estat la caracterització del genoma dels MPNSTs i la utilització de la informació genòmica regional per a la identificació de gens i mecanismes moleculars implicats en la patogènesi dels MPNSTs associats a la NF1. En la caracterització genòmica es va desenvolupar un assaig de qPCR per a la detecció de delecions constitucionals i somàtiques del gen NF1. Un segon assaig de qPCR va ser dissenyat per a la detecció de SCNAs en MPNSTs. Els SNP arrays d'un grup de MPNSTs van confirmar el genoma hiperploide i les SCNAs recurrents d'aquest tipus de tumors. A partir de dades de microarrays d'expressió d'un altre grup de MPNSTs es van identificar regions del genoma amb una abundància significativa de gens sobre- o infraexpressats, coneguts com a desequilibris transcripcionals (Tls). Es va trobar una associació global dels Tls amb les SCNAs, sobretot dels Tls de sobreexpressió amb guanys genòmics. Experiments de RNAi i assajos de genètica funcional en línies cel-lulars derivades de MPNSTs semblaven indicar que els Tls, tot i incloure algun gen "driver" de la tumorigènesi dels MPNSTs, capturarien principalment expressió de tipus "passenger". La utilització d'informació exclusiva proporcionada pels Tls va facilitar la identificació de gens candidats i possibles mecanismes moleculars implicats en la patogènesi dels MPNSTs, com ara la borealina i el "cromosomal passenger complex", i algunes kinesines mitòtiques, com K1F11, K1F15 i KIF23. A més, es va trobar la kinesina K1F11 com a nova potencial diana terapèutica per al tractament dels MPNSTs.