Non-coding RNA dysregulation in Barrett's carcinogenesis

While the phenotypic changes involved in the Barrett’s esophageal oncogenic "cascade" are now well established, the molecular profiling of this pathway remains defective. The understanding of the molecular dysregulations underlying the development and progression of cancer has recently been expanded by the characterization of new classes of noncoding RNA gene products, such as the microRNAs (or miRNAs) and the transcribed utraconserved regions (T-UCR). MiRNAs are "endogenous silencers" targeting a large number of genes, and working as tumor suppressors or tumor promoters depending on the activity of the targeted genes. MiRNA dysregulation plays a significant part in cancer molecular pathways alteration, prognosis, and responsiveness to therapies. Over the three years of the PhD program, I focused my research mainly on miRNAs expression profiling in Barrett’s carcinogenesis and in Barrett’s metaplastic lesions by miRNAs microarray analysis (OSU-CCC version 4.0; Ohio State University). I also investigated the expression and localization of specific miRNAs by in situ hybridization, correlating these results with the expression of the corresponding gene targets. Main studies: i) miRNA expression profiling of Barrett's carcinogenesis; ii) miR-145 targeting of GATA6 in collaboration with the University Medical Center Utrecht; iii) HER2-miR-125a-5p/miR-125b loop in gastroesophageal neoplasms; iv) miRNA expression profiling of metaplastic lesions included in the definition of Barrett's mucosa. Ultra Conserved Regions (UCRs) are a class of 481 noncoding sequences conserved among humans, mice and rats. The majority (93%) of UCRs are transcribed (called T-UCRs) in normal human tissues, and are altered at the transcriptional level in human tumorigenesis. In the last year of the PhD program I investigated T-UCRs dysregulation in Barrett’s carcinogenesis by T-UCR microarray analysis (OSU-CCC version 4.0; Ohio State University). The obtained results were validated in an independent series of esophageal biopsy samples and in two murine models of Barrett’s esophagus (i.e., esophagogastric-duodenal anastomosis in mice and rats). This study identified, for the first time, a critical role for T-UCRs in the neoplastic transformation of the esophageal mucosa and pinpointed transcribed ultraconserved noncoding RNAs as a unique class of genes involved in the pathobiology of Barrett’s esophagus.L’esofago di Barrett è il più importante fattore di rischio per lo sviluppo dell’adenocarcinoma esofageo. La diagnosi di mucosa di Barrett (MB) è definita dalla sostituzione della mucosa esofagea nativa con mucosa ghiandolare intestinalizzata (i.e. metaplasia intestinale [MI]). Recentemente, anche metaplasie di tipo non intestinale (i.e. metaplasia gastrica [MG]) sono state associate ad un aumentato rischio di evoluzione neoplastica. Profili molecolari di espressione possono indagare il significato biologico e preneoplastico delle differenti lesioni metaplasiche esofagee. I microRNA (miRNA) sono una classe di piccole molecole di acido ribonucleico non codificante che regolano l’espressione di circa un terzo dei geni umani mediante meccanismi trascrizionali e traslazionali. L’alterata espressione dei miRNA è di fondamentale importanza in patologia umana ed è stata descritta nella cancerogenesi di Barrett. La famiglia delle Ultra Conserved Regions (UCRs) è una classe di 481 sequenze non codificanti conservate tra uomo, ratto e topo. La maggior parte (93%) è trascritta (definite come T-UCRs) nei tessuti normali e la loro espressione è alterata nei tumori. Non sono mai state studiate nella carcinogenesi di Barrett. Gli obiettivi di questo dottorato di ricerca sono stati: i) esplorare il ruolo della deregolazione dei miRNA nella genesi delle lesioni metaplasiche esofagee; ii) definire biologicamente la sequenza delle lesioni metaplasiche che insorgono nella carcinogenesi di Barrett; iii) individuare nuovi marcatori molecolari da introdurre nella diagnostica delle lesioni associate all'esofago di Barrett; iv) identificare miRNA o T-UCR deregolati nel processo di carcinogenesi di Barrett. Principali risultati: i) lo studio del profilo di miRNA deregolati nella carcinogenesi di Barrett; ii) definizione dei profili di espressione dei miRNA legati alle lesioni metaplasiche esofagee; iii) il ruolo della deregolazione di miR-125a-5p/miR-125b e della loro regolazione dell'espressione di HER2 nelle neoplasie gastroesofagee; iv) il ruolo del miR-145 nella acquiszione del fenotipo intestinale e del suo targeting di GATA6; v) lo studio del profilo delle T-UCR deregolate nella carcinogenesi di Barrett. I presenti studi contribuiscono a chiarire le basi molecolari delle alterazioni metaplasiche e displasiche incluse nella oncogenesi di Barrett. In futuro i miRNA potranno essere introdotti nella pratica clinica come biomarcatori diagnostici e prognostici. I risultati ottenuti dovranno essere validati su grandi casistiche multicentriche con follow-up clinico-endoscopico