mRNA-binding protein HuR in breast carcinogenesis

Breast cancer is the most common cancer among women. Although its prognosis has improved nowadays, methods to predict the progression of the disease or to treat it are not comprehensive. This thesis work was initiated to elucidate in breast carcinogenesis the role of HuR, a ubiquitously expressed mRNA-binding protein that regulates gene expression posttranscriptionally. HuR is predominantly nuclear, but it shuttles between the nucleus and the cytoplasm, and this nucleocytoplasmic translocation is important for its function as a RNA-stabilizing and translational regulator. HuR has been associated with diverse cellular processes, for example carcinogenesis. The specific aims of my thesis work were to study the prognostic value of HuR in breast cancer and to clarify the mechanisms by which HuR contributes to breast carcinogenesis. My ultimate goal is, by better understanding the role of HuR in breast carcinogenesis, to aid in the discovery of novel targets for cancer therapies. HuR expression and localization was studied in paraffin-embedded preinvasive (atypical ductal hyperplasia, ADH, and ductal carcinoma in situ, DCIS) specimens as well in sporadic and familial breast cancer specimens. Our results show that cytoplasmic HuR expression was already elevated in ADH and remained elevated in DCIS as well as in cancer specimens. Clinicopathological analysis showed that cytoplasmic HuR expression associated with the more aggressive form of the disease in DCIS, and in cancer specimens it proved an independent marker for poor prognosis. Importantly, cytoplasmic HuR expression was significantly associated with poor outcome in the subgroups of small (2 cm) and axillary lymph node-negative breast cancers. HuR proved to be the first mRNA stability protein the expression of which is associated in breast cancer with poor outcome. To explore the mechanisms of HuR in breast carcinogenesis, lentiviral constructs were developed to inhibit and to overexpress the HuR expression in a breast epithelial cell line (184B5Me). Our results suggest that HuR mediates breast carcinogenesis by participating in processes important in cell transformation, in programmed cell death, and in cell invasion. Global gene expression analysis shows that HuR regulates genes participating in diverse cellular processes, and affects several pathways important in cancer development. In addition, we identified two novel target transcripts (connective tissue growth factor, CTGF, and Ras oncogene family member 31, RAB31) for HuR. In conclusion, because cytoplasmic HuR expression in breast cancer can predict the outcome of the disease it could serve in clinics as a prognostic marker. HuR accumulates in the cytoplasm even at its non-invasive stage (ADH and DCIS) of the carcinogenic process and supports functions essential in cell alteration. These data suggest that HuR contributes to carcinogenesis of the breast epithelium.

Rintasyöpä on naisten yleisin syöpä. Vuonna 2009 Suomessa diagnosoitiin 4464 uutta rintasyöpätapausta käsittäen 32% kaikista naisten syövistä. Suomi kuuluukin kärkimaihin rintasyövän esiintymistiheydessä. Vaikka potilaan ennuste on parantunut, menetelmät ennustaa taudin kehitystä tai hoitaa sairautta eivät ole kattavia. HuR on proteiini, jota kaikki solumme ilmentävät. HuR säätelee soluissa mRNA:n pysyvyyttä ja translaatiota ja siten tuotetun proteiinin määrää. HuR ilmentyy pääasiassa tumassa, mutta sukkuloi tuman ja sytoplasman väliä. Tämä siirtymä sytoplasmaan onkin tärkeää HuR:n toiminnan kannalta. HuR:lle on osoitettu useita kohdegeenejä, joiden välityksellä se osallistuu solun toimintojen säätelyyn. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia HuR-proteiinin ilmenemistä rinnan soluissa, mahdollisuutta käyttää proteiinia taudinkuvaa ennustavana tekijänä, sekä selvittää mekanismeja, joilla HuR osallistuu rintasyövän syntyyn. Perimmäisenä tavoitteena oli ymmärtää proteiinin ilmenemisen merkitys rintasyövän synnyssä, mikä voisi johtaa uusien hoitomuotojen tunnistamiseen. Käytimme tutkimuksessa kudosnäytteitä rintasyövän eri vaiheista sekä solukasvumalleja. Tuloksemme osoittavat, että HuR-proteiinin ilmentymistä sytoplasmassa voidaan käyttää taudin kehitystä ennustavana tekijänä. Sytoplasminen HuR liittyi aggressiivisempaan tautiin ja huonontuneeseen ennusteeseen. HuR kerääntyy sytoplasmaan jo syövän varhaisvaiheessa (atyyppinen duktaalinen hyperplasia) ja tukee solun muuntumista pahanlaatuiseksi. HuR vaikuttaa rintasyövän syntyyn osallistumalla tapahtumiin, jotka helpottavat solun muuntumista ja liikkumista ympäröiviin kudoksiin, ja suojaa solua estämällä ohjelmoitua solukuolemaa.