Molekularzytogenetische Untersuchungen an Nierenzelltumoren des Menschen

Nierenkarzinome (NZK) des Erwachsenenalters weisen nebenhistologisch-zytologischen Merkmalen typische genetischeCharakteristika auf, die mit dem biologischen Verhalten derTumorzellen korrelieren. Der Nachweis genomischerVeränderungen wird zur Diagnostik und Prognoseeinschätzungvon Tumoren herangezogen. Für die untersuchtenNierentumorerkrankungen wurden lediglich das vonHippel-Lindau Tumorsuppressorgen (VHL) auf Chromosom 3 oderdas MET Proto-Onkogen auf Chromosom 7 als gesichertepathogenetische Faktoren in der Entstehung von NZKidentifiziert. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitragzur molekularen Charakterisierung derNierentumor-Pathogenese. Die gewählten Ansätze umfassen: (A)Die Analyse 91 primärer Nierentumoren mit CGH (comparativegenomic hybridization), (B) die Untersuchung chromosomalerBruchpunkte eines komplex rearrangierten, familiärenNZK-Falles und (C) die Charakterisierung umschriebenerGenomveränderungen im Bereich des VHL-Lokus auf Chromosom 3p25 .(A) Chromosomen-Aberrationen wurden identifiziert undeingegrenzt. Das Auftreten spezifischer chromosomalerAberrationen konnte mit dem dokumentierten Krankheitsverlaufassoziiert werden. Die als progressionsassoziiert oderprognoserelevant identifizierten Chromosomen(bereiche)5(q22-qter), 4, 10, 14q, 17, 6, 8, 9, 12 können alsAusgangspunkte für eine Suche nach subtypspezifischen,relevanten Tumorgenen dienen. (B) Chromosomenanalysen einerFamilie mit Veranlagung für das klarzellige NZK belegteneine Translokation zwischen den Chromosomen 3 und 8 imperipheren Patientenblut. Weitere molekularzytogenetischeUntersuchungen deckten ein komplexes chromosomalesRearrangement t(3;8)(q13.1;p21.1) auf. (C) DieFeinkartierung der Region um den VHL-Genlokus istinsbesondere bei Tumoren ohne molekulargenetischnachzuweisenden VHL-Verlust erforderlich. Zur Identifikationweiterer in dieser Region kartierender, evtl. ko-deletierterTumorsuppressor-Kandidatengene, wurden genomische(PAC)-Sonden isoliert, charakterisiert und zurDeletionskartierung eingesetzt.

Depicting the role of CDKN2A/ARF alterations in adult BCR-ABL1-positive acute lymphoblastic leukemia patients: from genomic deletions to prognostic impact

This 9p21 locus, encode for important proteins involved in cell cycle regulation and apoptosis containing the p16/CDKN2A (cyclin-dependent kinase inhibitor 2a) tumor suppressor gene and two other related genes, p14/ARF and p15/CDKN2B. This locus, is a major target of inactivation in the pathogenesis of a number of human tumors, both solid and haematologic, and is a frequent site of loss or deletion also in acute lymphoblastic leukemia (ALL) ranging from 18% to 45% 1. In order to explore, at high resolution, the frequency and size of alterations affecting this locus in adult BCR-ABL1-positive ALL and to investigate their prognostic value, 112 patients (101 de novo and 11 relapse cases) were analyzed by genome-wide single nucleotide polymorphisms arrays and gene candidate deep exon sequencing. Paired diagnosis-relapse samples were further available and analyzed for 19 (19%) cases. CDKN2A/ARF and CDKN2B genomic alterations were identified in 29% and 25% of newly diagnosed patients, respectively. Deletions were monoallelic in 72% of cases and in 43% the minimal overlapping region of the lost area spanned only the CDKN2A/2B gene locus. The analysis at the time of relapse showed an almost significant increase in the detection rate of CDKN2A/ARF loss (47%) compared to diagnosis (p = 0.06). Point mutations within the 9p21 locus were found at very low level with only a non-synonymous substition in the exon 2 of CDKN2A. Finally, correlation with clinical outcome showed that deletions of CDKN2A/B are significantly associated with poor outcome in terms of overall survival (p = 0.0206), disease free-survival (p = 0.0010) and cumulative incidence of relapse (p = 0.0014). The inactivation of 9p21 locus by genomic deletions is a frequent event in BCR-ABL1-positive ALL. Deletions are frequently acquired at the leukemia progression and work as a poor prognostic marker.

Untersuchung der DNA-bindenden Eigenschaften neuer Nukleobasen-gekoppelter Pyrrolcarboxamide, Combilexine und Hetaren[a]carbazol-Derivate: Validierung und Etablierung von in-vitro- und in-silico-Methoden

Da maligne Neoplasien durch Mutationen in Proto-Onko- und/oder Tumorsuppressorgenen ausgelöst werden, stellt die DNA eines der wichtigsten Targets für die Entwicklung neuer Zytostatika dar. Auch bei den im Arbeitskreis Pindur designten und synthetisier-ten Verbindungen der Nukleobasen-gekoppelten Pyrrolcarboxamid-, der Hetaren[a]carbazol- und der Combilexin-Reihe handelt es sich um DNA-Liganden mit potentiell antitumoraktiven Eigenschaf-ten. Die einen dualen Bindemodus aufweisenden Combilexine bestehen aus einem Interkalator (u. a. Naphthalimid, Acridon), der über einen Linker variabler Kettenlänge mit einer rinnenbin-denden, von Netropsin abgeleiteten Bispyrrol-, oder einer bioisosteren Imidazol-, Thiazol- oder Thiophen-pyrrolcarboxamid-struktur verknüpft ist. Das N-terminale Ende der Combilexine wird von einer N,N-Dimethylaminopropyl- oder -ethyl-Seitenkette gebildet. Die DNA-Affinitäten der Liganden wurden mittels Tm-Wert-Messung-en bestimmt. Diese Denaturierungsexperimente wurden sowohl mit poly(dAdT)2- als auch mit Thymus-DNA (~42% GC-Anteil) durchge-führt, um Aussagen zur Stärke und zur Sequenzselektivität der DNA-Bindung machen zu können. Des Weiteren wurden die Bindekon-stanten einiger ausgewählter Vertreter mit Hilfe des Ethidium-bromid-Verdrängungsassays ermittelt; einige Testverbindungen wurden zudem auf potentiell vorhandene, TOPO I-inhibierende Eigenschaften untersucht. Diese biochemischen und biophysika-lischen Tests wurden durch Molecular Modelling-Studien ergänzt, die die Berechnung von molekularen Eigenschaften, die Durch-führung von Konformerenanalysen und die Simulation von DNA-Ligand-Komplexen (Docking) umfassten. Durch Korrelation der in vitro-Befunde mit den in silico-Daten gelang es, vor allem für die Substanzklasse der Combilexine einige richtungweisende Struktur-Wirkungsbeziehungen aufzustellen. So konnte gezeigt werden, dass die Einführung eines Imidazol-Rings in die rinnen-bindende Hetaren-pyrrolcarboxamid-Struktur der Combilexine aufgrund der H-Brücken-Akzeptor-Funktion des sp2-hybridisierten N-Atoms eine Verschiebung der Sequenzselektivität der DNA-Bindung von AT- zu GC-reichen Arealen der DNA bedingt. Zudem erwies sich ein C3-Linker für die Verknüpfung des Naphthalimids mit dem rinnenbindenden Strukturelement als am besten geeignet, während bei den Acridon-Derivaten die Verbindungen mit einem N-terminalen Buttersäure-Linker die höchste DNA-Affinität aufwiesen. Dies ist sehr wahrscheinlich auf die im Vergleich zum Naphthalimid-Molekül geringere y-Achsen-Ausdehnung (bzgl. eines x/y-Koordinatensystems) des Acridons zurückzuführen. Die ermittelten Struktur-Wirkungsbeziehungen können dazu herangezogen werden, das rationale Design neuer DNA-Liganden mit potentiell stärkerer DNA-Bindung zu optimieren.

Die Rolle von Ephrin-B2 in der Invasion maligner Gliome

Das Glioblastoma multiforme zählt zu den häufigsten glialen Neoplasien des Menschen und weist zudem unter den Gliomen die höchste Malignität auf. Glioblastompatienten haben trotz aggressiver therapeutischer Ansätze eine mittlere Überlebenszeit von weniger als einem Jahr. Die diffuse Invasion in das umliegende Hirngewebe ist einer der Hauptgründe für die Rezidivbildung und die infauste Prognose von Glioblastompatienten. Neuere Untersuchungen lassen vermuten, dass die starke Invasion auch einer der Gründe für die beobachtete anti-angiogene Resistenz bei der Behandlung von Glioblastomen ist. Das bidirektionale EphB/Ephrin-B-System wurde bei der axonalen Wegfindung als Vermittler repulsiver Signale identifiziert und auch im Zusammenhang der Migration und Invasion von Zellen überprüft. In der vorliegenden Arbeit sollte daher die Funktion der bidirektionalen Eph- und Ephrin-Signaltransduktion in Bezug auf die Glioblastominvasion und Progression untersucht werden. rn Genetische und epigenetische Untersuchungen der EphB/Ephrin-B-Familie in einer Kohorte von Gliompatienten unterschiedlicher Malignitätsgrade identifizierten Ephrin-B2 als mögliches Tumorsuppressorgen. In Übereinstimmung damit führte die Inaktivierung von Ephrin-B2 in einem murinen Gliommodell zu einer verstärkten Invasion und einem erhöhtem Tumorwachstum in vivo. Dies konnte in verschiedenen Invasion-Assays in vitro bestätigt werden. Weiterhin zeigten unsere Untersuchungen, dass Ephrin-B2 transkriptionell durch das hypoxische Mikromilieu HIF-1α-vermittelt reprimiert wird. Da HIF-1α als transkriptioneller Aktivator Ephrin-B2 nicht direkt reprimieren kann, wurden potentielle HIF-1α-regulierte Repressoren untersucht, die für die Ephrin-B2 Herunterregulation verantwortlich sein könnten. Dabei wurde anhand von Ephrin-B2-Promotoranalysen und ChIP-Assays ZEB2 als HIF-1α-induzierbarer Repressor von Ephrin-B2 identifiziert. Zur Bestätigung der Hypothese, dass ZEB2 ein wichtiger Regulator der Tumorinvasion ist, wurden humane ZEB2-Knockdown-Glioblastomzellen generiert und in vitro sowie in vivo untersucht. Im Hinblick auf mögliche therapeutische Anwendungen wurden die ZEB2-Knockdown-Glioblastomzellen zusätzlich im Zusammenhang anti-Angiogenese-induzierter Invasion analysiert. Der Verlust von ZEB2 führte dabei zu einer verringerten Glioblastominvasion und Progression in einem Maus-Xenograft Modell. Die Behandlung der Tumoren mit dem anti-VEGF-Antikörper Avastin resultierte in einer stark erhöhten Invasion, die durch die Inaktivierung von ZEB2 und der dadurch reaktivierten repulsiven Signale von Ephrin-B2 wieder aufgehoben werden konnte. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals gezeigt werden, dass Ephrin-B2 als Tumorsuppressor in Gliomen agiert und durch verschiedene Mechanismen wie der genetischen und epigenetischen Kontrolle, aber auch der HIF-1α-vermittelten, ZEB2-abhängigen Repression inaktiviert wird. Dies resultiert in einer Blockade repulsiver Signale, so dass Tumorzellen diffus in das Parenchym und zu den Blutgefäßen migrieren können. Der in dieser Arbeit neu identifizierte Signalweg stellt ein attraktives therapeutisches Ziel zur Inhibition der Tumorzellinvasion dar und ermöglicht darüber hinaus der Ausbildung von Resistenzen gegenüber anti-angiogener Behandlung entgegenzuwirken. rn

Funktionelle Analyse der Polaritäts- und Tumorsuppressorgene hugl-1 und hugl-2 mittels siRNA-vermitteltem Gen-Silencing und konditionalem Gen-Knockout

Das menschliche Gen human giant larvae (hugl) ist ein Homolog des hochkonservierten Drosophila Gens lethal giant larvae (lgl), welches in Epithelzellen die Funktion eines neoplastischen Tumorsuppressors und Polaritätsregulators einnimmt. Ein Verlust oder eine verminderte Expression beider Homologe des Gens, hugl-1 und hugl-2, geht einher mit dem Auftreten und der Progression verschiedener epithelialer Tumorerkrankungen wie malignen Melanomen und Brust-, Kolon- oder Lungentumoren. Die exakte Funktion der Homologe Hugl-1 und Hugl-2 bezüglich der Regulation und Aufrechterhaltung der epithelialen Zellpolarität sowie ihre Rolle in der Genese humaner Tumore ist jedoch weitgehend unbekannt. Gänzlich unbekannt ist auch die Bedeutung von Hugl-1 und Hugl-2 als Polaritätsregulatoren für die Ausbildung und den Erhalt der T-Zellmorphologie und -funktion. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die Polaritäts- und Tumorsuppressorgene hugl-1 und hugl-2 in funktionellen Analysen mittels siRNA-vermitteltem Gen-Silencing in Epithelzellen und T-Lymphozyten zu charakterisieren. Darüber hinaus wurden die Funktionen und Eigenschaften von mgl-2, dem murinen Homologen von hugl-2, im Cre/loxP-vermittelten konditionalen Knockout Mausmodell in vivo analysiert.rnrnZur Charakterisierung der biologischen Effekte von Hugl-1 und Hugl-2 auf das Wachstumsverhalten, Migration und Invasion von Epithelzellen wurden in dieser Arbeit erfolgreich unterschiedliche shRNA-Expressionskonstrukte generiert sowie Hugl-supprimierte Zelllinien etabliert. In vitro Studien sowie in vivo Tumorigenizitätsanalysen lieferten übereinstimmend Hinweise darauf, dass verminderte Hugl-1- und Hugl-2-Expressionsspiegel eine signifikante Rolle in der Vermittlung invasiver und tumorigener Eigenschaften von Epithelzellen spielen. Dabei rief der Verlust beider Homologe deutlich stärkere Reaktionen hervor als die Suppression eines einzelnen Homologen. Zudem wiesen die Überexpression des Zellzyklusregulators Cyclin D1 sowie die Hyperproliferation von Hugl-1- und/oder Hugl-2-depletierten Epithelzellen auf eine wichtige Rolle der beiden Homologe in der Zellzyklusprogression und Zellproliferation hin. Ein geringer Expressionsstatus von Hugl-1 und -2 schien darüber hinaus mit einer verstärkten Resistenzbildung gegenüber Chemotherapeutika zu korrelieren. Im Rahmen dieser Arbeit konnte weiterhin gezeigt werden, dass die untersuchten T-Lymphozyten nur Hugl-1 exprimieren und dass letzteres notwendig für den F-Aktin-vermittelten Erhalt der T-Zellpolarität und -morphologie ist. Hugl-1-supprimierte, über voneinander unabhängige Signalwege (TCR- oder Chemokinrezeptor) stimulierte T-Lymphozyten wiesen eine bedeutende Störung der Lamellipodien- und Uropodausbildung auf und ließen eine Interaktion von Hugl-1 auf Ebene des F Aktins vermuten. Des Weiteren zeigte sich, dass der Polaritätsregulator Hugl-1 die CD3/TCR-induzierte Zelladhäsion positiv beeinflusst. Die Analyse der T-Zellmigration und -motilität offenbarte in Übereinstimmung dazu die Wichtigkeit von Hugl-1 für die Polarisierung und Migration der T-Zellen sowohl im Chemokingradienten als auch auf mDCs. rnrnFür die Aufklärung der funktionellen Rolle von mgl-2 in vivo wurde in dieser Arbeit eine Tamoxifen-induzierbare, Cre/loxP-vermittelte konditionale Mauslinie generiert und analysiert. Die mgl-2-deletierten Tiere wiesen weder signifikante phänotypische Unterschiede noch Abweichungen in der Organanatomie auf und ließen daher auf eine Kompensation durch das im Darmepithel koexprimierte und möglicherweise funktionell redundante mgl-1 Gen schließen.rn

Chemopreventive effects of eicosapentaenoic acid free fatty acid in a murine model of colitis-associated colorectal cancer

Inflammatory bowel diseases are associated with increased risk of developing colitis-associated colorectal cancer (CAC). Epidemiological data show that the consumption of ω-3 polyunsaturated fatty acids (ω-3 PUFAs) decreases the risk of sporadic colorectal cancer (CRC). Importantly, recent data have shown that eicosapentaenoic acid-free fatty acid (EPA-FFA) reduces polyps formation and growth in models of familial adenomatous polyposis. However, the effects of dietary EPA-FFA are unknown in CAC. We tested the effectiveness of substituting EPA-FFA, for other dietary fats, in preventing inflammation and cancer in the AOM-DSS model of CAC. The AOM-DSS protocols were designed to evaluate the effect of EPA-FFA on both initiation and promotion of carcinogenesis. We found that EPA-FFA diet strongly decreased tumor multiplicity, incidence and maximum tumor size in the promotion and initiation arms. Moreover EPA-FFA, in particular in the initiation arm, led to reduced cell proliferation and nuclear β-catenin expression, whilst it increased apoptosis. In both arms, EPA-FFA treatment led to increased membrane switch from ω-6 to ω-3 PUFAs and a concomitant reduction in PGE2 production. We observed no significant changes in intestinal inflammation between EPA-FFA treated arms and AOM-DSS controls. Importantly, we found that EPA-FFA treatment restored the loss of Notch signaling found in the AOM-DSS control, resulted in the enrichment of Lactobacillus species in the gut microbiota and led to tumor suppressor miR34-a induction. In conclusion, our data suggest that EPA-FFA is an effective chemopreventive agent in CAC.

PU.1 is regulated by NF-kappaB through a novel binding site in a 17 kb upstream enhancer element

The majority of patients with acute myeloid leukemia (AML) still die of their disease, and novel therapeutic concepts are needed. Timely expression of the hematopoietic master regulator PU.1 is crucial for normal development of myeloid and lymphoid cells. Targeted disruption of an upstream regulatory element (URE) located several kb upstream in the PU.1 promoter decreases PU.1 expression thereby inducing AML in mice. In addition, suppression of PU.1 has been observed in specific subtypes of human AML. Here, we identified nuclear factor-kappaB (NF-kappaB) to activate PU.1 expression through a novel site within the URE. We found sequence variations of this particular NF-kappaB site in 4 of 120 AML patients. These variant NF-kappaB sequences failed to mediate activation of PU.1. Moreover, the synergistic activation of PU.1 together with CEBPB through these variant sequences was also lost. Finally, AML patients with such variant sequences had suppressed PU.1 mRNA expression. This study suggests that changes of a single base pair in a distal element critically affect the regulation of the tumor suppressor gene PU.1 thereby contributing to the development of AML.

VHL-gene deletion in single renal tubular epithelial cells and renal tubular cysts: further evidence for a cyst-dependent progression pathway of clear cell renal carcinoma in von Hippel-Lindau disease

Inheritance of a mutant allele of the von Hippel-Lindau tumor suppressor gene predisposes affected individuals to develop renal cysts and clear cell renal cell carcinoma. Von Hippel-Lindau gene inactivation in single renal tubular cells has indirectly been showed by immunohistochemical staining for the hypoxia-inducible factor alpha target gene product carbonic anhydrase IX. In this study we were able to show von Hippel-Lindau gene deletion in carbonic anhydrase IX positive nonneoplastic renal tubular cells, in epithelial cells lining renal cysts and in a clear cell renal cell carcinoma of a von Hippel-Lindau patient. This was carried out by means of laser confocal microscopy and immunohistochemistry in combination with fluorescence in situ hybridization. Carbonic anhydrase IX negative normal renal tubular cells carried no von Hippel-Lindau gene deletion. Furthermore, recent studies have indicated that the von Hippel-Lindau gene product is necessary for the maintenance of primary cilia stability in renal epithelial cells and that disruption of the cilia structure by von Hippel-Lindau gene inactivation induces renal cyst formation. In our study, we show a significant shortening of primary cilia in epithelial cells lining renal cysts, whereas, single tubular cells with a von Hippel-Lindau gene deletion display to a far lesser extent signs of cilia shortening. Our in vivo results support a model in which renal cysts represent precursor lesions for clear cell renal cell carcinoma and arise from single renal tubular epithelial cells owing to von Hippel-Lindau gene deletion.

N-myc downstream regulated gene-1 expression correlates with reduced pancreatic cancer growth and increased apoptosis in vitro and in vivo

The role of N-myc downstream regulated gene-1 (NDRG1) in cancer has recently gained interest, as potential regulator of cell death and tumor suppressor. Although its normal function in the pancreas is largely unknown, loss of NDRG1 expression is associated with a more aggressive tumor phenotype and poor outcome in pancreatic cancer patients.

[Molecular biology of malignant lymphomas for non-specialists]

Lymphomas comprise a variety of entities with remarkable clinical heterogeneity. This review summarizes the current knowledge on the pathogenesis of major mature B-cell lymphoma subtypes for clinicians working outside the field of hemato-oncology. The understanding of the pathogenesis of lymphomas is linked to the knowledge on normal B-cell differentiation. The clinical diversity is manifested in the different mechanisms involved in lymphomagenesis that include characteristic chromosomal translocations deregulating proto-oncogenes, and inactivation of tumor suppressor genes through deletions and mutations. Gene-expression profiling has dissected certain lymphomas into morphologically indistinguishable, but clinically important subgroups and uncovered pathways suitable for specific therapeutic interventions.

The phosphoinositide 3-kinase signaling pathway as a therapeutic target in grade IV brain tumors

Brain tumors comprise a wide variety of neoplasia classified according to their cellular origin and their morphological and histological characteristics. The transformed phenotype of brain tumor cells has been extensively studied in the past years, achieving a significant progress in our understanding of the molecular pathways leading to tumorigenesis. It has been reported that the phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/AKT signaling pathway is frequently altered in grade IV brain tumors resulting in uncontrolled cell growth, survival, proliferation, angiogenesis, and migration. This aberrant activation can be explained by oncogenic mutations in key components of the pathway or through abnormalities in its regulation. These alterations include overexpression and mutations of receptor tyrosine kinases (RTKs), mutations and deletions of the phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10 (PTEN) tumor suppressor gene, encoding a lipid kinase that directly antagonized PI3K activity, and alterations in Ras signaling. Due to promising results of preclinical studies investigating the PI3K/AKT pathway in grade IV brain tumors like glioblastoma and medulloblastoma, the components of this pathway have emerged as promising therapeutic targets to treat these malignant brain tumors. Although an arsenal of small molecule inhibitors that target specific components of this signaling pathway is being developed, its successful application in the clinics remains a challenge. In this article we will review the molecular basis of the PI3K/AKT signaling pathway in malignant brain tumors, mainly focusing on glioblastoma and medulloblastoma, and we will further discuss the current status and potential of molecular targeted therapies.

Intracellular localization of the BCL-2 family member BOK and functional implications

The pro-apoptotic BCL-2 family member BOK is widely expressed and resembles the multi-BH domain proteins BAX and BAK based on its amino acid sequence. The genomic region encoding BOK was reported to be frequently deleted in human cancer and it has therefore been hypothesized that BOK functions as a tumor suppressor. However, little is known about the molecular functions of BOK. We show that enforced expression of BOK activates the intrinsic (mitochondrial) apoptotic pathway in BAX/BAK-proficient cells but fails to kill cells lacking both BAX and BAK or sensitize them to cytotoxic insults. Interestingly, major portions of endogenous BOK are localized to and partially inserted into the membranes of the Golgi apparatus as well as the endoplasmic reticulum (ER) and associated membranes. The C-terminal transmembrane domain of BOK thereby constitutes a 'tail-anchor' specific for targeting to the Golgi and ER. Overexpression of full-length BOK causes early fragmentation of ER and Golgi compartments. A role for BOK on the Golgi apparatus and the ER is supported by an abnormal response of Bok-deficient cells to the Golgi/ER stressor brefeldin A. Based on these results, we propose that major functions of BOK are exerted at the Golgi and ER membranes and that BOK induces apoptosis in a manner dependent on BAX and BAK.

EGFR exon-level biomarkers of the response to bevacizumab/erlotinib in non-small cell lung cancer

Activating epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations are recognized biomarkers for patients with metastatic non-small cell lung cancer (NSCLC) treated with EGFR tyrosine kinase inhibitors (TKIs). EGFR TKIs can also have activity against NSCLC without EGFR mutations, requiring the identification of additional relevant biomarkers. Previous studies on tumor EGFR protein levels and EGFR gene copy number revealed inconsistent results. The aim of the study was to identify novel biomarkers of the response to TKIs in NSCLC by investigating whole genome expression at the exon-level. We used exon arrays and clinical samples from a previous trial (SAKK19/05) to investigate the expression variations at the exon-level of 3 genes potentially playing a key role in modulating treatment response: EGFR, V-Ki-ras2 Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog (KRAS) and vascular endothelial growth factor (VEGFA). We identified the expression of EGFR exon 18 as a new predictive marker for patients with untreated metastatic NSCLC treated with bevacizumab and erlotinib in the first line setting. The overexpression of EGFR exon 18 in tumor was significantly associated with tumor shrinkage, independently of EGFR mutation status. A similar significant association could be found in blood samples. In conclusion, exonic EGFR expression particularly in exon 18 was found to be a relevant predictive biomarker for response to bevacizumab and erlotinib. Based on these results, we propose a new model of EGFR testing in tumor and blood.

Prevalence of Premature Ovarian Failure in Women with Tuberous Sclerosis

Tuberous Sclerosis Complex (TSC) is an autosomal dominant tumor suppressor disorder characterized by hamartomas, or benign growths, in various organ systems. Inactivating mutations in either the TSC1 or the TSC2 gene cause most cases of TSC. Recently, the use of ovarian specific conditional knock-out mouse models has demonstrated a crucial role of the TSC genes in ovarian function. Mice with complete deletion of Tsc1 or Tsc2 showed accelerated ovarian follicle activation and subsequent premature follicular depletion, consistent with the human condition premature ovarian failure (POF). POF is defined in women as the cessation of menses before the age of 40 and elevated levels of follicle stimulating hormone (FSH). The prevalence of POF is estimated to be 1%, affecting a substantial number of women in the general population. Nonetheless, the etiology of most cases of POF remains unknown. Based on the mouse model results, we hypothesized that the human TSC1 and TSC2 genes are likely to be crucial for ovarian development and function. Moreover, since women with TSC already have one inactivated TSC gene, we further hypothesized that they may show a higher prevalence of POF. To test this hypothesis, we surveyed 1000 women with TSC belonging to the Tuberous Sclerosis Alliance, a national support organization. 182 questionnaires were analyzed for information on menstrual and reproductive function, as well as TSC. This self-reported data revealed 8 women (4.4%) with possible POF, as determined by menstrual history report and additional supportive data. This prevalence is much higher than 1% in the general population. Data from all women suggested other reproductive pathology associated with TSC such as a high rate of miscarriage (41.2%) and menstrual irregularity of any kind (31.2%). These results establish a previously unappreciated effect of TSC on women’s reproductive health. Moreover, these data suggest that perturbations in the cellular pathways regulated by the TSC genes may play an important role in reproductive function.

IDENTIFICATION OF FACTORS INVOLVED IN DNA METHYLATION OF CPG-ISLAND-PROMOTERS

Repression of many tumor suppressor genes (TSGs) in cancer is mediated by aberrantly increased DNA methylation levels at promoter CpG islands (CGI). About one-fourth of empirically defined human promoters are surrounded by or contain clustered repetitive elements. It was previously observed that a sharp transition of methylation occurs between highly methylated repetitive elements (SINE or LINE) and unmethylated CGI-promoters (e.g. P16, VHL, CDH and RIL) in normal tissues. The functions that lead to increased CGI methylation in cancer remain poorly understood. We propose that CGI-promoters contain cis-elements for triggering de novo DNA methylation. In the first part of our project, we established a site-specific integration system with enforced local transcriptional repression in colorectal cancer cells and monitored the occurrence of de novo DNA methylation in exogenous fragments containing a CGI-promoter and repetitive elements. Initial de novo methylation was seeded at specific CG sites in a repetitive element, and accelerated by persistent binding of a KRAB-containing transcriptional repressor. Furthermore, additional repetitive elements (LINE and SINE) located adjacent to the promoter could confer DNA methylation spreading into the CGI particularly in the setting of KRAB-factor binding. However, a repressive chromatin alone was not sufficient to initiate DNA methylation, which required specific DNA sequences and was integration-site (and/or cell-line) specific. In addition, all the methylation observed showed slow and gradual accumulation over several months of culture. Overall, these results demonstrate a requirement for specific DNA sequences to trigger de novo DNA methylation, and repetitive elements as cis-regulatory factors to cooperate with strengthened transcriptional repression in promoting methylation spreading. In the second part, we re-introduced disrupted DNMT3B or DNMT1 into HCT116 DKO cells and mapped the remethylation pattern through a profiling method (DREAM). Moderate remethylation occurred when DNMT3B was re-expressed with a preference toward non-CGI and non-promoter regions. Hence, there exists a set of genomic regions with priority to be targets for DNMT3B in somatic cells.