Molecular Genetic Background of Tumours in Hereditary Leiomyomatosis and Renal Cell Cancer Syndrome

Hereditary Leiomyomatosis and Renal Cell Cancer (HLRCC) is a hereditary tumour predisposition syndrome. Its phenotype includes benign cutaneous and uterine leiomyomas (CLM, ULM) with high penetrance and rarer renal cell cancer (RCC), most commonly of papillary type 2 subtype. Over 130 HLRCC families have been identified world-wide but the RCC phenotype seems to concentrate in families from Finland and North America for unknown reasons. HLRCC is caused by heterozygous germline mutations in the fumarate hydratase (FH) gene. FH encodes the enzyme fumarase from mitochondrial citric acid cycle. Fumarase enzyme activity or type or site of the FH mutation are unassociated with disease phenotype. The strongest evidence for tumourigenesis mechanism in HLRCC supports a hypoxia inducible factor driven process called pseudohypoxia resulting from accumulation of the fumarase substrate fumarate. In this study, to assess the importance of gene- or exon-level deletions or amplifications of FH in patients with HLRCC-associated phenotypes, multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) method was used. One novel FH mutation, deletion of exon 1, was found in a Swedish male patient with an evident HLRCC phenotype with CLM, RCC, and a family history of ULM and RCC. Six other patients with CLM and 12 patients with only RCC or uterine leiomyosarcoma (ULMS) remained FH mutation-negative. These results suggest that copy number aberrations of FH or its exons are an infrequent cause of HLRCC and that only co-occurrence of benign tumour types justifies FH-mutation screening in RCC or ULMS patients. Determination of the genomic profile of 11 HLRCC-associated RCCs from Finnish patients was performed by array comparative genomic hybridization. The most common copy number aberrations were gains of 2, 7, and 17 and losses of 13q12.3-q21.1, 14, 18, and X. When compared to aberrations of sporadic papillary RCCs, HLRCC-associated RCCs harboured a distinct DNA copy number profile and lacked many of the changes characterizing the sporadic RCCs. The findings suggest a divergent molecular pathway for tumourigenesis of papillary RCCs in HLRCC. In order to find a genetic modifier of RCC risk in HLRCC, genome-wide linkage and identical by descent (IBD) analysis studies were performed in Finnish HLRCC families with microsatellite marker mapping and SNP-array platforms. The linkage analysis identified only one locus of interest, the FH gene locus in 1q43, but no mutations were found in the genes of the region. IBD analysis yielded no convincing haplotypes shared by RCC patients. Although these results do not exclude the existence of a genetic modifier for RCC risk in HLRCC, they emphasize the role of FH mutations in the malignant tumourigenesis of HLRCC. To study the benign tumours in HLRCC, genome-wide DNA copy number and gene expression profiles of sporadic and HLRCC ULMs were defined with modern SNP- and gene-expression array platforms. The gene expression array suggests novel genes involved in FH-deficient ULM tumourigenesis and novel genes with putative roles in propagation of sporadic ULM. Both the gene expression and copy number profiles of HLRCC ULMs differed from those of sporadic ULMs indicating distinct molecular basis of the FH-deficient HLRCC tumours.

Perinnöllinen leiomyomatoosi ja munuaissyöpä oireyhtymä (HLRCC, Hereditary Leiomyomatosis and Renal Cell Cancer) altistaa sairastuneet hyvänlaatuisille ihon ja kohdun sileälihaskasvaimille (leiomyoomille) sekä pahanlaatuiselle munuaissyövälle. HLRCC on perinnöllinen sairaus, joka aiheutuu geenivirheistä eli mutaatioista fumaraattihydrataasi (FH) -geenissä. FH-geenin proteiinituote on fumaraasientsyymi, joka toimii mitokondrioissa osana solujen energia-aineenvaihdunnalle tärkeää sitruunahappokiertoa. Vielä ei kuitenkaan kaikilta osin tiedetä, kuinka FH-geenin mutaatiot lopulta aiheuttavat kasvainten syntymisen. Maailmanlaajuisesti on tunnistettu yli 130 HLRCC-perhettä, mutta toistaiseksi tuntemattomista syistä perheet, joissa esiintyy munuaissyöpää, keskittyvät lähinnä Suomeen ja Pohjois-Amerikkaan. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli valottaa HLRCC-kasvainten molekyyligeneettistä taustaa eli niitä solujen perimän tekijöitä, jotka vaikuttavat näiden kasvainten syntymiseen. Tämäntyyppinen tutkimus on tärkeää, sillä jos kasvainten synnyn hienomekanismit tunnetaan hyvin, voidaan tietoa tulevaisuudessa hyödyntää kasvainten synnyn ehkäisyssä ja potilaiden hoitamisessa. Tutkimuksessa selvitettiin tiettyjen FH-geenin mutaatioiden, häviämien ja monistumien, merkitystä HLRCC:n syynä. Yhdeltä tutkituista seitsemästä potilaasta, jolla oli ihon leiomyoomia, löytyi uusi FH:n mutaatio, geenin alkuosan häviämä. Tämäntyyppiset FH:n mutaatiot eivät siis ole yleinen HLRCC:n syy. 12:lta munuaissyöpää tai kohdun pahanlaatuista leiomyosarkoomaa sairastavalta potilaalta ei löytynyt FH-mutaatioita. Pelkästään kyseisiin pahanlaatuisiin kasvaimiin sairastuneilla ei siis ole syytä epäillä HLRCC-oireyhtymää. Työssä tutkittiin myös HLRCC:n munuaissyöpäkasvaimia suomalaisessa aineistossa. Mikrosiruteknologialla etsittiin kasvaimista kromosomien häviämiä ja monistumia. Havaitut muutokset poikkesivat samanlaisista sporadisista, eli satunnaissyntyisistä, munuaiskasvaimista tavattavista muutoksista. Tulos osoittaa, että HLRCC:n munuaissyöpä on aivan omanlaisensa munuaiskasvain. Tutkimuksessa etsittiin myös HLRCC-perheiltä geeniä, jonka mutaatiot yhdessä FH-mutaatioiden kanssa aiheuttaisivat munuaissyövän syntymisen ja siten selittäisivät munuaissyöpätapausten kasaantumisen suomalaisiin HLRCC-perheisiin. Tällaista geeniä ei kuitenkaan löytynyt, joten tulos vahvistaa ajatusta, että FH-mutaatio yksinään on riittävä aiheuttamaan munuaissyövän ja korostaa mutaation kantajien huolellisen seurannan tärkeyttä. Lisäksi tutkittiin mikrosiruin kohdun leiomyoomien DNA:n kopiolukumuutoksia ja geenien ilmentymistasoja. Tutkimuksessa löytyi uusia geenejä ja kromosomialueita, joilla saattaa olla yhteys näiden kasvainten muodostumiseen. Havaittiin myös, että HLRCC:n kohdun leiomyoomat ovat omanlaisiaan myoomia.