Modeling genetic errors predisposing to breast cancer : role of PALB2 and MCPH1 mutations in malignant transformation of mammary epithelial cells
Tuppurainen, Hanna (2025-05-16)
© University of Oulu, 2025. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited. © Oulun yliopisto, 2025. Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202504162742
Kuvaus
Tiivistelmä
Breast cancer is the most common cancer in women and up to 10% of the cases are caused by pathogenic germline gene variants. PALB2 is a major high-risk breast cancer susceptibility gene along with BRCA1 and BRCA2, as PALB2 germline mutations predispose their heterozygous female carriers to the disease with a relative risk above seven. MCPH1 represents a moderate-risk breast cancer susceptibility gene and is widely downregulated in sporadic cancers. PALB2 and MCPH1 proteins are vital in the DNA damage response and cell cycle regulation, but the roles of PALB2 and MCPH1 defects during the early steps of tumorigenesis have remained uncharacterized. Thus, the aim of this project was to reveal how PALB2 and MCPH1 mutations affect the functions of otherwise non-cancerous human mammary epithelial cells. In order to study this, MCF10A cells were gene-edited to mutate either PALB2 or MCPH1.
Transcriptome profiling and other functional analyses verified that PALB2- and MCPH1-mutated cell lines replicated cell phenotypes typical for PALB2 and MCPH1 dysfunction, such as weakened DNA repair capacity and cell division errors in the former ones and premature chromosome condensation in the latter ones. More importantly, other hallmarks of cancer were also enriched in the PALB2- and MCPH1-mutated cells, indicating essential roles for PALB2 and MCPH1 in maintaining cell homeostasis. The cells showed enhanced migration and invasion capacity, and they formed enlarged spheroids. PALB2-deficient spheroids were further anomalous, being multilayer, having protrusions and agglomerating together, all of which are characteristics of oncogenic transformation. The functional alterations in the PALB2-mutated cells were partially due to enhanced TGFβ signaling and the overexpression of its target gene KRT14. Cell adhesion-related genes JAM3 and PARVB were also upregulated in the PALB2-mutated cells and contributed to the malignant features of the cells independently of TGFβ signaling and increased DNA damage. In addition, PARVB overexpression enhanced macropinocytosis in the PALB2-deficient cells. The results showed comprehensive and previously unreported changes in mammary epithelial cells upon PALB2 and MCPH1 mutations, and demonstrated novel mechanisms for how they may predispose their carriers to cancer.
Rintasyöpä on naisten yleisin syöpä, ja jopa 10 % tapauksista johtuu perinnöllisistä virheistä rintasyöpäalttiusgeeneissä. PALB2 on merkittävä korkean riskin alttiusgeeni BRCA1:n ja BRCA2:n ohella, sillä sen heterotsygoottisia mutaatioita kantavilla naisilla on yli seitsemänkertainen rintasyöpäriski koko väestöön verrattuna. MCPH1 on keskisuuren riskin alttiusgeeni, jonka ekspressio on usein vähentynyt ei-perinnöllisissäkin syövissä. PALB2- ja MCPH1-proteiinit ovat tärkeitä solujen DNA-vauriokorjauksessa ja solusyklin säätelyssä. Ei kuitenkaan tiedetä tarkasti, miten PALB2:n ja MCPH1:n heikentynyt toiminta edesauttaa kasvaimen alkuvaiheen kehitystä. Tämän työn tavoitteena olikin selvittää, kuinka normaalien rintaepiteelisolujen toiminta muuttuu PALB2- ja MCPH1-geenivirheiden takia. Tätä varten tehtiin geenimuokattuja MCF10A-solumalleja, joissa oli PALB2- tai MCPH1-mutaatioita.
Transkriptomisekvensoinnin ja toiminnallisten analyysien tulokset osoittivat, että PALB2- ja MCPH1-mutanttisolut toistivat tyypillisiä PALB2:n ja MCPH1:n heikentyneeseen toimintaan liittyviä fenotyyppejä, joita olivat häiriintynyt DNA-korjaus ja solunjakautumisvirheet ensin mainituissa ja ennenaikainen kromosomikondensaatio jälkimmäisissä. Mikä tärkeintä, mutanttisoluissa esiintyi myös muita syövän ominaispiirteitä, mikä viittasi PALB2:n ja MCPH1:n merkittävään rooliin solujen toiminnallisen tasapainon ylläpitämisessä. Mutanttisolujen liikkumiskyky oli lisääntynyt ja ne muodostivat suurempia 3D-sferoideja. Erityisesti PALB2-mutanttisferoidit olivat monikerroksisia, muodostivat ulokkeita ja kasvoivat yhteen syöpäsolujen tavoin. Toiminnalliset muutokset PALB2-mutanttisoluissa johtuivat osittain vahvistuneesta TGFβ-signaloinnista ja sen kohdegeenin KRT14 yliekspressiosta. Soluadheesioon liittyvien JAM3- ja PARVB-geenien ekspressio oli myös lisääntynyt PALB2-mutanttisoluissa, ja nekin edistivät solujen pahanlaatuisia piirteitä, kuitenkin riippumatta DNA-vaurioista tai TGFβ-signaloinnista. PARVB:n yliekspressio lisäsi myös solujen makropinosytoosia. Kaikkiaan havaitut tulokset osoittavat, että PALB2- ja MCPH1-mutaatiot muuttavat laajasti rintaepiteelisolujen toimintaa, ja havainnollistavat uusia tapoja, joilla mutaatiot voivat altistaa kantajansa syövälle.
Original papers
-
Tervasmäki, A., Mantere, T., Eshraghi, L., Laurila, N., Tuppurainen, H., Ronkainen, V., Koivuluoma, S., Devarajan, R., Peltoketo, H., & Pylkäs, K. (2019). Tumor suppressor MCPH1 regulates gene expression profiles related to malignant conversion and chromosomal assembly. International Journal of Cancer, 145(8), 2070–2081. https://doi.org/10.1002/ijc.32234 https://doi.org/10.1002/ijc.32234
-
Tuppurainen, H., Laurila, N., Nätynki, M., Eshraghi, L., Tervasmäki, A., Erichsen, L., Sørensen, C. S., Pylkäs, K., Winqvist, R., & Peltoketo, H. (2024). PALB2-mutated human mammary cells display a broad spectrum of morphological and functional abnormalities induced by increased TGFβ signaling. Cellular and Molecular Life Sciences, 81(1), 173. https://doi.org/10.1007/s00018-024-05183-6 https://doi.org/10.1007/s00018-024-05183-6
-
Tuppurainen, H., Nätynki, M., Laurila, N., Pylkäs, K., Winqvist, R., & Peltoketo, H. (2024). PALB2 mutations increase oncogenic properties of breast epithelial cells by enhancing JAM3 and PARVB expression. Manuscript in preparation.
Osajulkaisut
-
Tervasmäki, A., Mantere, T., Eshraghi, L., Laurila, N., Tuppurainen, H., Ronkainen, V., Koivuluoma, S., Devarajan, R., Peltoketo, H., & Pylkäs, K. (2019). Tumor suppressor MCPH1 regulates gene expression profiles related to malignant conversion and chromosomal assembly. International Journal of Cancer, 145(8), 2070–2081. https://doi.org/10.1002/ijc.32234 https://doi.org/10.1002/ijc.32234
-
Tuppurainen, H., Laurila, N., Nätynki, M., Eshraghi, L., Tervasmäki, A., Erichsen, L., Sørensen, C. S., Pylkäs, K., Winqvist, R., & Peltoketo, H. (2024). PALB2-mutated human mammary cells display a broad spectrum of morphological and functional abnormalities induced by increased TGFβ signaling. Cellular and Molecular Life Sciences, 81(1), 173. https://doi.org/10.1007/s00018-024-05183-6 https://doi.org/10.1007/s00018-024-05183-6
-
Tuppurainen, H., Nätynki, M., Laurila, N., Pylkäs, K., Winqvist, R., & Peltoketo, H. (2024). PALB2 mutations increase oncogenic properties of breast epithelial cells by enhancing JAM3 and PARVB expression. Manuscript in preparation.
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [37920]