MED12 : a novel player in uterine leiomyomas

Uterine leiomyomas, or fibroids, are benign tumors arising from the smooth muscle lining of the uterus, the myometrium. Although they represent one of the most common neoplasms in women with an estimated prevalence of 20-40% during the reproductive years, the molecular mechanisms underlying their tumorigenesis have remained relatively unknown. The aim of this thesis was to elucidate the molecular genetic characteristics of uterine leiomyomas using next-generation sequencing technology. Exome sequencing of 18 uterine leiomyomas and the respective normal myometrium from 17 Finnish (Caucasian) patients led to the identification of recurrent somatic mutations in mediator complex subunit 12 (MED12) gene. This, and further Sanger sequencing of 207 additional leiomyomas revealed that a remarkable 70% (159/225) of the tumors harbor MED12 mutations. MED12 is a component of the Mediator complex, which participates in the regulation of global as well as gene-specific transcription. All the observed mutations resided in exon 2 or the intron 1-exon 2 junction, an evolutionarily conserved region of the gene, suggesting that malfunction of the region contributes to tumorigenesis. This was the first time MED12 mutations have been implicated in human tumorigenesis. To validate the finding and determine the frequency of MED12 exon 2 mutations in another ethnic group, a series of 28 uterine leiomyomas from 18 South African patients underwent Sanger sequencing for the mutations. Altogether 50% (14/28) of the tumors displayed a mutation, indicating that MED12 mutations occur frequently also in uterine leiomyomas of South African women. Overall, the result confirms the role of these mutations in the growth and development of leiomyomas regardless of ethnicity. Original identification of MED12 exon 2 mutations took place in a series of histopathologically conventional uterine leiomyomas which account for approximately 90% of the tumors. To assess the frequency of MED12 mutations in rarer clinical leiomyoma subtypes, 103 histopathological uterine leiomyoma variants, as well as 34 uterine leiomyomas from 14 patients with hereditary leiomyomatosis and renal cell cancer (HLRCC) syndrome, a disease caused by heterozygous germline mutations in fumarate hydratase (FH) gene, entered the study. Both the histopathological leiomyoma variants (17%; 18/103) and leiomyomas from HLRCC-patients (9%; 3/34) harbored MED12 mutations significantly less frequently than conventional leiomyomas (P less than 0.001), proposing that MED12 mutation positivity is a key characteristic of conventional leiomyomas. Of note, none of the MED12 mutation-positive tumors from HLRCC-patients displayed biallelic FH inactivation, a well-known attribute of tumors in HLRCC, suggesting that MED12 mutations and biallelic FH inactivation may be mutually exclusive. Exome sequencing of 27 uterine leiomyomas (12 MED12 mutation-negative and 15 MED12 mutation-positive) and their corresponding normal myometrium revealed no additional recurrent somatic mutations in either MED12 mutation-negative or -positive tumors. The result emphasizes the significance of MED12 mutations for the tumorigenesis of uterine leiomyomas. Alterations undetectable by exome sequencing, such as structural rearrangements, intronic variants, and epigenetic events, probably have an impact to the development of MED12 mutation-negative lesions. The discovery of MED12 mutations is a giant step forward in understanding the pathogenesis of uterine leiomyomas, hopefully leading to improved diagnosis, personalized medical treatments, and prognosis in the future.Kohdun hyvänlaatuiset sileälihaskasvaimet, eli myoomat, ovat naisten yleisimpiä kasvaimia, joiden esiintyvyys hedelmällisessä iässä on arviolta 20-40 %. Kasvainten yleisyydestä huolimatta niiden syntyyn ja kehitykseen vaikuttavista tekijöistä on tiedetty varsin vähän. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli kartoittaa kohdun myoomien molekyyligeneettistä taustaa hyödyntämällä uuden sukupolven sekvensointiteknologiaa. Sekvensoimalla kaikki ihmisen genomin proteiinia koodaavat alueet ( eksomisekvensointi ) 18:sta suomalaisten potilaiden kohdun myoomasta ja niitä vastaavasta normaalikudosnäytteestä tunnistimme toistuvia somaattisia geenivirheitä eli mutaatioita geenissä nimeltä MED12 (mediator complex subunit 12). Tulokset vahvistettiin suuremmassa, yhteensä 207 myooman näytejoukossa, mikä paljasti mutaatioita kyseisessä geenissä jopa 70 %:lla tutkituista kasvaimista. MED12-geenin tuottama proteiini on osa suurempaa proteiinikompleksia, joka osallistuu transkription säätelyyn soluissa. Kaikki havaitut mutaatiot sijaitsivat hyvin kapealla, evolutiivisesti konservoituneella alueella geenissä viitaten siihen, että tämän alueen häiriintynyt toiminta on mahdollisesti keskeisessä asemassa kasvainten kehittymisen kannalta. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun MED12-mutaatiot on yhdistetty ihmisen kasvainten kehittymiseen. Osoitimme lisäksi MED12-mutaatioiden olevan yleisiä myös eteläafrikkalaisten naisten kohdun myoomissa (50 %), mikä vahvistaa mutaatioiden merkitystä kasvainten synnyssä ja kehityksessä etnisyydestä riippumatta. MED12-mutaatioiden frekvenssiä tarkasteltiin myös harvinaisemmissa myooma-alaluokissa, jotka vastaavat noin 10 % kaikista kohdun myoomista. Tutkimus käsitti yhteensä 103 histopatologialtaan poikkeavaa myoomaa sekä 34 myoomaa perinnöllistä leiomyomatoosi ja munuaissyöpä-oireyhtymää (hereditary leiomyomatosis and renal cell cancer, HLRCC) sairastavilta potilailta. MED12-mutaatioita havaittiin sekä histopatologisissa myooma-alatyypeissä että HLRCC-potilaiden myoomissa merkittävästi vähemmän kuin yleisissä myoomissa. Tulosten perusteella mutaatiot näyttäisivät olevan ominaisia nimenomaan yleisille myoomille. Eksomisekvensoimalla 27 kohdun yleistä myoomaa (12 MED12-mutaationegatiivista ja 15 MED12-mutaatiopositiivista) ja niitä vastaavaa normaalikudosnäytettä emme tunnistaneet muita toistuvasti mutatoituneita geenejä kasvaimissa. Tulos korostaa entisestään MED12-mutaatioiden roolia kohdun myoomien kehityksessä. MED12-mutaationegatiivisten myoomien taustalla saattaa esiintyä tekijöitä, joita ei voida eksomisekvensoinnilla havaita, kuten kromosomien rakenteelliset tai geenien introniset muutokset. MED12-mutaatioiden löytyminen on tärkeä edistysaskel kohti kohdun myoomien synnyn ja kehityksen ymmärtämistä sekä niiden taustalla piileviä mekanismeja. Uusi tieto myoomien kehitykseen vaikuttavista molekyyligeneettisistä tekijöistä saattaa tulevaisuudessa johtaa kasvainten parantuneeseen diagnostiikkaan, prognoosiin sekä yksilöityihin lääkehoitoihin