Molecular, genetic and epigenetic landscape of canine B-cell lymphoma and melanoma

Over the last decade, next generation sequencing (NGS) technologies have enabled an outbreak in biological knowledge, unraveling how DNA variations affect diseases including cancer. Thanks to methodological and computational advancements, NGS techniques have been gradually included in animal research and one of the main applications is comparative medicine aimed to deeply characterize animal models. Spontaneous occurring tumors in pet dogs represent an illuminating source for translational cancer research. Canine cancers share key features with their human counterparts including clinical presentation, pathological features, biological behavior, and response to therapies. Although the number and the variety of sequenced canine cancer data are constantly increasing, challenges remain regarding computational analysis, small sample size and lack of exhaustive clinicopathological records. Moreover, systematic multi-omics approaches exploring cancer molecular complexity are not improved for canine species. During this PhD program, several studies were conducted regarding two main projects focused on canine B-cell lymphoma and malignant melanoma. At first, the mutational landscape of canine B-cell lymphomas clustered by histotypes was characterized investigating the correlation with clinicopathological features and survival. RNA sequencing data were used for single nucleotide variants discovery and a customized pipeline was designed. Then, the integration of genome wide DNA methylation profiling, RNA sequencing and array comparative genomic hybridization analyses was performed to obtain a comprehensive delineation of indolent lymphomas and comparison with diffuse large B-cell lymphomas was also employed. The second phase of the project was oriented to the analysis of the exome and RNA sequencing data of canine digital and mucosal malignant melanoma. The genetic and transcriptional landscape of the tumors was described, and mutations correlated to tumor progression after therapy were found. The results of my PhD project strongly confirm the role of the dog as a naturally occurring model in comparative studies for human B-cell lymphoma and melanoma, highlighting the relevance of characterizing the molecular signatures of the disease within different tumor histotypes and suggesting the pathogenetic role of the immune modulation and escape mechanisms both in canine B-cell lymphoma and malignant melanoma.Nell'ultimo decennio, le tecnologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS) hanno permesso un notevole ampliamento delle conoscenze biologiche, permettendo di comprendere come le mutazioni o le modificazioni strutturali del DNA influiscano su diverse patologie, tra le quali i tumori. Grazie ai progressi metodologici e computazionali, le tecniche NGS sono state gradualmente implementate anche in medicina veterinaria e principalmente applicate alla medicina comparata, volta alla definizione di modelli animali. I tumori spontanei del cane sembrano infatti rappresentare un modello interessante per la ricerca traslazionale sul cancro nell’uomo. Molteplici sindromi cancerose del cane presentano caratteristiche chiave sovrapponibili a quelle individuate nell’uomo: tra queste la presentazione clinica, le caratteristiche istopatologiche, il comportamento biologico e la risposta ai trattamenti terapeutici. Per quanto il numero e la varietà di dati sequenziati nei tumori del cane siano in costante aumento, permangono diverse problematiche legate all'analisi computazionale, alla ridotta numerosità campionaria e alla mancanza di informazioni cliniche esaustive. Inoltre, diversamente dalla medicina umana, nel cane non sono ancora stati applicati in maniera sistematica approcci di integrazione multiomica per esplorare la complessità molecolare del cancro. In questo progetto di dottorato sono stati compiuti diversi studi nell’ambito di due progetti principali sul linfoma B e sul melanoma del cane. Per prima cosa è stato caratterizzato il profilo mutazionale dei linfomi B differenziandoli per istotipo, indagando la correlazione con le caratteristiche clinico-patologiche e la sopravvivenza. A questo scopo è stata creata una pipeline bioinformatica per l’individuazione di varianti a singolo nucleotide utilizzando dati provenienti dal sequenziamento del trascrittoma. L’analisi del trascrittoma, del profilo di metilazione del DNA e delle aberrazioni cromosomali sono state quindi integrate per ottenere una caratterizzazione completa dei linfomi indolenti rispetto ai linfomi diffusi a grandi cellule B nel cane. La seconda fase del progetto è stata invece orientata all'analisi dei dati di sequenziamento dell'esoma e del trascrittoma nei melanomi digitali e mucosali del cane, allo scopo di definire il loro profilo genetico e trascrizionale e le mutazioni correlate alla progressione tumorale dopo trattamento terapeutico. I risultati del mio progetto di dottorato confermano il ruolo strategico del cane come modello animale per gli studi comparativi sul linfoma a cellule B e sul melanoma dell’uomo, sottolineando l'importanza di delineare i diversi profili molecolari per ciascun istotipo e mettendo in luce il ruolo cruciale della capacità di modulazione e fuga dalla sorveglianza immunitaria del linfoma B e del melanoma nel cane