Genetics of Breast and Ovarian Cancer Predisposition with a Focus on RAD51C and RAD51D Genes

Breast and ovarian cancers are common cancers affecting women. Family history of the disease is a major risk factor for both cancers. Even though several susceptibility alleles have been identified, genetic predisposition to breast and ovarian cancer is still largely unexplained. Most of the known risk-genes play a role in DNA repair and especially in homologous recombination repair. RAD51C, RAD51D, and RAD54L are genes involved in homologous recombination and rare mutations in RAD51C and RAD51D have been identified in breast and ovarian cancer families. With the growing number of identified risk-genes and the development of efficient next-generation sequencing methods, multigene-panels have now largely replaced traditional BRCA1 and BRCA2 testing in clinical genetic testing of breast and ovarian cancer patients. The aim of this study was to identify pathogenic germline mutations in RAD51C, RAD51D, and RAD54L in breast and ovarian cancer families and to evaluate the association of the identified mutations with breast, ovarian, prostate, and colorectal cancer risk in the Finnish population. In addition, we studied the mutation spectrum of 10 known susceptibility genes in 95 high-risk breast or ovarian cancer patients with a gene panel. Sequencing of the RAD51C gene in 277 and the RAD51D and RAD54L genes in 95 familial breast or ovarian cancer patients revealed two protein-truncating mutations in RAD51C, c.93delG and c.837+1G>A, and one in RAD51D, c.576+1G>A, which were subsequently genotyped in breast (n ≈ 2000), ovarian (n ≈ 500), prostate (n ≈ 1000), and colorectal (n ≈ 1000) cancer patients and population controls (n ≈ 2000). Mutations in both genes were enriched in ovarian cancer patients. The mutation frequency was significantly increased among patients with a personal or family history of ovarian cancer, but did not significantly differ between unselected breast cancer patients and controls. No mutations were observed in prostate or colorectal cancer patients. These results suggest that germline mutations in RAD51C and RAD51D increase the risk of ovarian cancer, but not the overall risk of breast cancer nor prostate or colorectal cancer risk. The gene-panel testing identified 12 different pathogenic mutations in 18 patients (19%), including 2 patients with two different protein-truncating mutations. BRCA1 or BRCA2 mutations, including one large duplication in BRCA1, were identified in 8 patients (8.4%) and mutations in other genes in 10 patients (10.5%). In addition, a novel duplication covering the RAD51C exons 1–7 was identified. Together, the BRCA1 and RAD51C duplications accounted for approximately 10% of all the observed pathogenic or potentially pathogenic mutations. Genotyping of the RAD51C duplication in breast (n ≈ 2500) and ovarian (n ≈ 500) cancer patients and population controls (n ≈ 1000) revealed seven carriers among the cases, but none among the controls and a significant association with ovarian cancer risk. This thesis study establishes RAD51C as an ovarian cancer susceptibility gene, presents information that strengthens the role of RAD51D mutations in ovarian cancer predisposition, and provides valuable new knowledge on the associated cancer risks for both genes. The results also highlight the importance of comprehensive mutation testing of all the relevant susceptibility genes in the clinical genetic testing of breast and ovarian cancer patients.Rinta- ja munasarjasyövät ovat yleisiä naisten syöpiä ja sukutausta on molempien syöpien merkittävä riskitekijä. Vaikka monia alttiusgeenejä on tunnistettu, perinnöllisen rinta- ja munasarjasyöpäalttiuden geneettinen tausta on vielä suurelta osin selittämättä. Tehokkaiden uudenpolven sekvensointimenetelmien, kuten geenipaneelien, kehitys on mahdollistanut useiden alttiusgeenien samanaikaisen tutkimisen ja geenipaneelit ovatkin nykyään laajalti käytössä myös potilaiden kliinisessä geenitestauksessa. Tunnistetut mutaatiot voivat ohjata potilaiden syöpähoitojen valintaa ja terveille mutaationkantajille voidaan tarjota ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä sekä tarkempaa seurantaa. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tunnistaa rinta- ja munasarjasyöpäsuvuista haitallisia mutaatiota RAD51C-, RAD51D- ja RAD54L-geeneistä sekä selvittää löydettyjen mutaatioiden vaikutusta rinta-, munasarja-, eturauhas- ja suolistosyövän riskiin suomalaisessa väestössä. RAD51C- ja RAD51D-geeneistä on aiemmin löydetty harvinaisia mutaatioita rinta-munasarjasyöpäsuvuissa ja RAD54L toimii samalla DNA:n korjausreitillä näiden geenien kanssa. Lisäksi kartoitimme korkean riskin rinta- ja munasarjasyöpäpotilailla esiintyviä mutaatioita geenipaneelin avulla. Sekvensoimalla RAD51C-, RAD51D- ja RAD54L-geenit rinta- tai munasarjasyöpäpotilaiden verestä eristetyissä DNA-näytteissä tunnistimme kaksi erilaista RAD51C-mutaatiota ja yhden RAD51D-mutaation. Näiden mutaatioiden seulonta yli 4000 syöpäpotilaan ja yli 2000 väestökontrollin aineistossa paljasti mutaatioita erityisesti munasarjasyöpäpotilailla sekä niillä rintasyöpäpotilailla, joilla oli munasarjasyövän sukutaustaa. Eturauhas- tai suolistosyöpäpotilailta mutaatioita ei löytynyt eikä rintasyöpäpotilailla esiintynyt mutaatioita useammin kuin väestökontrolleilla. Tulokset viittaavat siihen, että perityt mutaatiot RAD51C- ja RAD51D-geeneissä lisäävät riskiä sairastua munasarjasyöpään, mutta eivät nosta rintasyövän kokonaisriskiä tai riskiä sairastua eturauhas- tai suolistosyöpään. Geenipaneelilla testatuista 95 potilaasta 18:lla (19 %) löytyi vähintään yksi haitallinen mutaatio jossakin tutkituista geeneistä. Tärkeimpien alttiusgeenien BRCA1:n tai BRCA2:n mutaatiota löytyi kahdeksalla potilaalla (8,4 %) ja muiden alttiusgeenien mutaatioita kymmenellä potilaalla (10,5 %). Lisäksi löysimme yhdeltä potilaalta suuren, aiemmin tunnistamattoman, genomisen muutoksen: duplikaation, jossa lähes koko RAD51C-geeni oli kahdentunut. Noin 3000 rinta- tai munasarjasyöpäpotilaan ja yli 1000 väestökontrollin seulonnassa duplikaatioita löytyi merkittävästi enemmän munasarjasyöpäpotilailta kuin kontrolleilta, mikä viittaa siihen, että duplikaatio lisää munasarjasyövän riskiä. Suomalaisista munasarjasyöpäpotilaista arviolta noin 2 % kantaa joko tunnistamaamme RAD51C-duplikaatiota tai RAD51C- tai RAD51D-mutaatiota. Tässä väitöskirjatyössä saatiin uutta tietoa RAD51C- ja RAD51D-mutaatioihin liittyvistä syöpäriskeistä. Tutkimuksen tulokset osoittavat RAD51C:n olevan munasarjasyövän alttiusgeeni ja vahvistavat RAD51D:n roolia munasarjasyöpäalttiudessa. Lisäksi tulokset korostavat laajan ja kattavan mutaatiotestauksen merkitystä rinta- ja munasarjasyöpäpotilaiden kliinisessä diagnostiikassa, jolloin mutaatiot kaikissa tunnetuissa riskigeeneissä voidaan tunnistaa samanaikaisesti ja myös suuret genomiset muutokset testataan