Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Molecular Characterisation of Feline Mammary Tumours

Granados-Soler, José Luis

FMCs are highly malignant tumours characterised by local invasion and early dissemination. Considering the poor outcome of affected cats, identification of useful biomarkers to predict clinical behaviour and suitable therapeutic targets is of major importance. In this study, we used massive-parallel DNA and RNA sequencing to identify structural rearrangements and differentially expressed genes enriching key biological processes characterising FMC-associated malignancy and poor outcome. Important structural rearrangements (CNLs in FCA B1 and CNGs in FCAs B4 and F2) were detected and correlated with poor prognosis. Immunohistochemical and transcriptomic findings showed a high level of correlation with genomic aberrations detected. Different potential biomarkers and therapeutic targets were identified including TUSC3, RRM2, ESRP1, HMGA2 and MYC as well as different components of the p53 and PI3K-Akt signalling pathways. Amplified and upregulated genes were typically involved in pathways correlated with cell motion (SBDS, ITGAM, PDGFA, RAC1, FGFR1, APC and ITGB2), transcription modulation (GATA3, HMGN1, ZEB1, MYC and MYCN), DNA replication and repairing (RFC3, AK2, NUDT5. MCM2, RRM2 and TYMS) and EMT-elicitation (VIM, ZEB1, KRAS, HMGA2, ESRP1, MTDH, YWHAZ, and MYC). On the other hand, deleted and down-regulated genes were typically tumour-suppressors (CSMD1, MSR1, MTUS1, TUSC3, DLC1, NRG1 and LZTS1) or genes involved in biological processes that would normally prevent tumour spreading such as tight junction components (CLDN4, CLDN5 CLDN7, CLDN8, CLDN23, LMO7, PCDH17, PCDH20 and PCDH9) and cell adhesion molecules (CD2, CD8A, CD34, CD40, CDH1, CDH4, CDH5, ICAM2, ITGAM, ITGB2, PECAM1, ESAM and JAM2). FMCs included in this study shared some clinical and molecular similarities with specific molecular subtypes of human breast cancer characterised by worse outcome (i.e. hTNBCs, metaplastic breast carcinomas, and claudin-low breast tumours). Cellular models analysed shared a considerable amount of similarities with original tumours; however, specific alterations mainly correlated with endocrine regulation, circadian rhythm and metabolic pathways showed important differences. Despite the genomic characteristics associated with poor prognosis in solid carcinomas, no separation for the different histological grouping (tubular carcinomas, comedocarcinomas and solid carcinomas) was observed at the transcriptomic level. Molecular characteristics associated with malignancy were more typically observed in solid carcinomas and comedocarcinomas. However, specific cases with tubular carcinomas also shared these molecular characteristics and had a poor survival. DNA and RNA high-throughput sequencing prove to be useful to identify important biomarkers and target genes, resemblances between FMCs and human breast cancer, and advantages and limitations of in vitro models.

FMCs sind hoch maligne Tumore, die durch lokale Invasion und frühe Metastasierung gekennzeichnet sind. In Anbetracht der schlechten Prognose der betroffenen Katzen ist die Identifizierung von Biomarkern zur Differenzierung und frühen Diagnose sowie für die Suche nach therapeutischen Ansätzen auf molekularer Ebene von großer Bedeutung. In der vorliegenden Studie sind FMCs und Zelllinien aus diesen Tumoren über die Hochdurchsatz-Sequenzierungen von DNA und RNA charakterisiert worden. Hierbei konnten strukturelle Chromosomenveränderungen und unterschiedlich exprimierte Gene gefunden werden, die in wichtigen biologischen Prozessen involviert sind. Sie sind der FMC-assoziierten Malignität und Überlebensraten gegenübergestellt worden. Wichtige strukturelle Chromosomenveränderungen (CNLs in FCA B1 und CNGs in FCAs B4 und F2) wurden erkannt, die mit einer schlechten Prognose korrelieren. Befunde aus der Immunhistochemie und der Transkriptomsequenzierung zeigten eine hohe Korrelation mit nachgewiesenen genomischen Aberrationen. Verschiedene potenzielle Biomarker und therapeutische Ziele wurden identifiziert, darunter TUSC3, RRM2, ESRP1, HMGA2 und MYC sowie verschiedene Komponenten der Signalwege p53 und PI3K-Akt. Die amplifizierten und hochregulierten Gene sind häufig an biologischen Prozessen beteiligt. Diese können mit Zellmigration (SBDS, ITGAM, PDGFA, RAC1, FGFR1, APC und ITGB2), Transkriptionsmodulation (GATA3, HMGN1, ZEB1, MYC und MYCN), DNA-Replikation und -Reparatur (RFC3, AK2, NUDT5. MCM2, RRM2 und TYMS) und EMT-Auslösung (VIM, ZEB1, KRAS, HMGA2, ESRP1, MTDH, YWHAZ und MYC) korrelieren. Dagegen sind die deletierten und herunterregulierten Gene meist Tumorsuppressoren (CSMD1, MSR1, MTUS1, TUSC3, DLC1, NRG1 und LZTS1) oder sie sind an biologischen Prozessen beteiligt, die eine Tumorausbreitung verhindern sollten, wie z. B. Zellverbindungskomponenten (CLDN4, CLDN5 CLDN7, CLDN8, CLDN23, LMO7, PCDH17, PCDH20 und PCDH9) und Zelladhäsionsmoleküle (CD2, CD8A, CD34, CD40, CDH1, CDH4, CDH5, ICAM2, ITGAM, ITGB2, PECAM1, ESAM und JAM2). Die in dieser Studie eingeschlossenen FMCs weisen klinische und molekulare Ähnlichkeiten mit spezifischen molekularen Subtypen von humanem Brustkrebs auf, der durch eine schlechtere Prognose gekennzeichnet ist (d. h. hTNBCs, metaplastische Brustkarzinome und Brusttumore mit niedriger Claudin-Expression). Die analysierten Zelllinien weisen eine weitgehende Übereinstimmung mit den Ursprungstumoren auf. Jedoch bestehen bedeutende Unterschiede hinsichtlich der endokrinen Regulation, dem zirkadianen Rhythmus und den Stoffwechselwegen. Trotz der genomischen Merkmale, die mit einer schlechten Prognose bei soliden Karzinomen verbunden sind, konnte auf Transkriptom-Ebene keine Unterscheidung zwischen den verschiedenen histologischen Entitäten (tubuläre Karzinome, Komedokarzinome und solide Karzinome) gefunden werden. Die mit Malignität verbundenen molekularen Charakteristiken, sind typischerweise beim soliden Karzinom und Komedokarzinom zu finden. Aber auch einzelne tubuläre Karzinome besitzen diese molekularen Eigenschaften und sind mit einer verkürzten Überlebenszeit assoziiert. Die Hochdurchsatz-Sequenzierung von DNA und RNA ist geeignet, um aus FMCs wichtige Biomarker und Zielgene zu identifizieren. Die Ergebnisse sind als Grundlage geeignet, Ähnlichkeiten zwischen Mammatumoren von Mensch und Katze herauszuarbeiten. Außerdem konnte über eine tiefergehende molekulare Differenzierung die Eignung von Zelllinien dieser Spezies für ein in vitro Modell verifiziert werden.

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Granados-Soler, José: Molecular Characterisation of Feline Mammary Tumours. Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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