Genomic Profiling of Gastric Cancer

Gastric cancer is the fourth most common cancer and the second most common cause of cancer-related death worldwide. Due to lack of early symptoms, gastric cancer is characterized by late stage diagnosis and unsatisfactory options for curative treatment. Several genomic alterations have been identified in gastric cancer, but the major factors contributing to initiation and progression of gastric cancer remain poorly known. Gene copy number alterations play a key role in the development of gastric cancer, and a change in gene copy number is one of the fundamental mechanisms for a cancer cell to control the expression of potential oncogenes and tumor suppressor genes. This thesis aims at clarifying the complex genomic alterations of gastric cancer to identify novel molecular biomarkers for diagnostic purposes as well as for targeted treatment. To highlight genes of potential biological and clinical relevance, we carried out a systematic microarray-based survey of gene expression and copy number levels in primary gastric tumors and gastric cancer cell lines. Results were validated using immunohistochemistry, real-time qRT-PCR, and affinity capture-based transcript (TRAC) assay. Altogether 192 clinical gastric tissue samples and 7 gastric cancer cell lines were included in this study. Multiple chromosomal regions with recurrent copy number alterations were detected. The most frequent chromosomal alterations included gains at 7q, 8q, 17q, 19q, and 20q and losses at 9p, 18q, and 21q. Distinctive patterns of copy number alterations were detected for different histological subtypes (intestinal and diffuse) and for cancers located in different parts of the stomach. The impact of copy number alterations on gene expression was significant, as 6-10% of genes located in the regions of gains and losses also showed concomitant alterations in their expression. By combining the information from the DNA- and RNA-level analyses many novel gastric cancer-related genes, such as ALPK2, ENAH, HHIPL2, and OSMR, were identified. Independent genome-wide gene expression analysis of Finnish and Japanese gastric tumors revealed an additional set of genes that was differentially expressed in cancerous gastric tissues compared with normal tissue. Overexpression of one of these genes, CXCL1, was associated with an improved survival of gastric cancer. Thus, using an integrative microarray analysis, several novel genes were identified that may be critically important for gastric carcinogenesis. Further studies of these genes may lead to novel biomarkers for gastric cancer diagnosis and targeted therapy.Mahasyöpä on maailmanlaajuisesti neljänneksi yleisin syöpä ja toiseksi yleisin syöpäkuolemien aiheuttaja. Mahasyövän syntymiseen ja etenemiseen vaikuttavat tekijät tunnetaan puutteellisesti, ja suurin osa mahasyövistä diagnosoidaan vasta pitkälle edenneessä vaiheessa, jolloin parantavaa hoitoa ei ole enää saatavilla. Ihmisen genomi eli perimä on koottuna 46 kromosomiin, ja yksittäiset geenit sijaitsevat kromosomiston eri osissa. Normaalisoluissa on kutakin geeniä kaksi kopiota. Syöpäsoluissa tilanne on kuitenkin usein kaoottinen ja kokonaiset kromosomialueet tai yksittäiset geenit voivat olla monistuneina tai niissä voi esiintyä häviämiä. Monistuneina ovat useimmiten solun kasvua ja jakautumista edistävät geenit eli onkogeenit, kun taas kasvua rajoittavissa geeneissä esiintyy häviämiä. Syöpäsoluissa DNA-tasolla tapahtuva geenin kopioluvun muutos on yksi tärkeimpiä mekanismeja, joilla solu kontrolloi syövän etenemiselle tärkeiden geenien RNA- ja proteiinitason ilmentymistä. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena on kuvata koko genomin laajuisesti mahasyövälle ominaisia poikkeamia geenien kopiomäärissä ja ilmenemisessä, ja siten tunnistaa geenejä, joiden rooli on mahasyövässä keskeinen. Tutkimusaineistoon kuului yhteensä 192 kliinistä mahakudosnäytettä sekä 7 mahasyöpäsolulinjaa. Genomisten muutosten kartoittamiseen käytettiin geenien kopiolukua ja ilmenemistä mittaavia mikrosiruja, jotka mahdollistavat tuhansien geenien tutkimisen yhdestä biologisesta näytteestä samanaikaisesti. Mikrosirut koostuvat mikroskooppilasilla tai muulla kiinteällä alustalla olevista tuhansista pienistä pisteistä, joista kukin vastaa tiettyä geeniä. Mikrosiruilla saadut tulokset varmennettiin mm. immunohistokemian ja reaaliaikaisen polymeraasiketjureaktion avulla. Väitöstyössä löydettiin useita mahasyöpään liittyviä yksittäisten geenien ja koko kromosomialueiden monistumia ja häviämiä. Yleisimpiä mahasyöpäsoluissa esiintyviä muutoksia olivat monistumat kromosomialueilla 7q, 8q, 17q, 19q ja 20q sekä häviämät alueilla 9p, 18q ja 21q. Lisäksi geenien kopioluvun muutokset mahasyövän kahdessa histologisessa alatyypissä (intestinaalinen ja diffuusi) sekä mahalaukun eri osissa esiintyvissä syövissä poikkesivat toisistaan. Noin 10 % kaikista kopiolukumuutoksista aiheutti muutoksen myös geenin ilmentymisessä. Yhdistämällä tieto mahasyöpäsolujen DNA- ja RNA-tasojen muutoksista tunnistettiin lukuisia uusia mahasyövän kehittymiseen liittyviä geenejä kuten ALPK2, ENAH, HHIPL2 ja OSMR. Lisäksi löydettiin mahasyövälle ominainen 37 geenin ryhmä, jonka ilmeneminen poikkesi normaali- ja syöpäsolujen välillä sekä suomalaisessa että japanilaisessa mahakudosaineistossa. Yksi näistä geeneistä, CXCL1, vaikutti positiivisesti potilaan ennusteeseen. Tässä väitöskirjatyössä tunnistettuja syövässä poikkeavasti käyttäytyviä geenejä voitaisiin tulevaisuudessa käyttää mahdollisesti apuna mahasyövän diagnostiikassa, ennusteen määrittämisessä sekä uusien hoitomuotojen kehittämisessä