Integrated analysis of epigenetic and genetic changes during MDS progression

URN zum Zitieren dieses Dokuments:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-375995
DOI zum Zitieren dieses Dokuments:: 10.5283/epub.37599

Pohl, Sandra

Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International
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(11MB)

Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 08 Aug 2019 07:19

Details

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	8 August 2019
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Michael Rehli
Tag der Prüfung:	8 August 2018
Institutionen:	Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie
Stichwörter / Keywords:	Epigenetics, DNA methylation, Myelodysplastic syndromes
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	37599

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Zusammenfassung (Englisch)

Zusammenfassung (Englisch)

DNA methylation is important during development of vertebrate organisms as well as for sustaining genome integrity and gene expression. Alterations of DNA methylation patterns are often associated with different diseases, for instance myelodysplastic syndromes (MDS) or acute myeloid leukemia (AML). Consequences of aberrant DNA methylation are the silencing of tumor suppressor genes due to hypermethylation as well as the hypomethylation‐mediated weakening of transcriptional repression, reactivation of retrotransposons and genomic instability.
The major aim of this thesis was the integrated analysis of epigenetic and genetic changes during disease progression to identify target genes that could be involved in development or progression of myelodysplastic syndromes. To address this issue, DNA methylation analysis was performed in pediatric and adult MDS patients using the methyl-CpG-immunoprecipitation sequencing approach (MCIp-seq) and the targeted bisulfite sequencing of the myeloid regulome, respectively.
It could be demonstrated that adult MDS patients show largely private DNA methylation changes and almost no common differentially methylated regions. Identified DMRs include RUNX1, FOXO3 and ZFPM1, which show methylation sensitivity in in vitro reporter gene assays. Another observation was made in this patient cohort in which DNA methylation changes only occur with alterations in clonal architecture. In cases of a genetically stable disease, no differences in DNA methylation patterns were observed over time.
In pediatric MDS patients global DNA methylation analysis revealed a correlation of DNA methylation changes with germline GATA2 mutations and refractory cytopenia (RC). In detail, a patient cluster with lower DNA methylation degree exhibited the mentioned two features, while the other cluster of patients was associated with more advanced subtypes and higher DNA methylation. DMRs identified between these two patient groups are ZIC5, VILL and TRIM45, possibly playing a role in cancer. Methylation sensitivity of these regions has to be tested with in vitro reporter gene assays and will give information about a possible role for the development or progress of MDS.
Regarding longitudinal studies in pediatric MDS patients, we could show the same result like in adult patients where DNA methylation changes correlate with alterations in genetic landscape. One potential epigenetic target gene found to be methylation sensitive and already described to play an important role in AML is the VENTX promoter region.
In summary, our data suggest a tight correlation of epigenetic changes with clonal architecture of the diseased hematopoiesis, but the chronological order of appearance is still an open issue.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

DNA‐Methylierung ist ein wichtiger Prozess bei der Entwicklung von Organismen und spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der genomischen Integrität sowie der Genexpression. Eine Assoziation von Veränderungen im DNA-Methylierungsmuster konnte für verschiedene Erkrankungen festgestellt werden, unter anderen bei den myelodysplastischen Syndromen (MDS) und der akuten myeloischen Leukämie (AML). Durch die aberrante DNA-Methylierung kommt es zur Stilllegung von Tumorsuppressorgenen, die durch eine Hypermethylierung hervorgerufen wird und auf der anderen Seite zu einer Abschwächung der transkriptionellen Repression, Reaktivierung von Retrotransposons sowie genomischer Instabilität aufgrund einer Hypomethylierung.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die integrierte Analyse epigenetischer und genetischer Veränderungen während dem Progress des MDS, um potentielle Zielgenen zu identifizieren, die bei der Entwicklung oder dem Voranschreiten der Erkrankung involviert sind.
Im Zuge dessen wurden globale DNA-Methylierungsanalysen in einer kindlichen MDS-Kohorte mittels Sequenzierung von Methyl-CpG-Immunopräzipitationen (MCIp-Seq) durchgeführt. Bei den adulten MDS-Patienten wurde gezielt die DNA-Methylierung in myeloischen, regulatorischen Komponenten mittels Bisulfit-Sequenzierung analysiert, wodurch der Fokus auf die für die Entwicklung myeloischer Zelltypen wichtigen Regionen gelegt wurde.
Die globale DNA-Methylierungsanalyse der 42 kindlichen MDS-Patienten zeigte, dass diese ein differenzielles DNA-Methylierungsmuster im Vergleich zu den Kontrollen sowie eine signifikante Korrelation der DNA-Methylierung mit dem GATA2-Mutationsstatus und dem WHO-Subtyp „Refraktäre Zytopenie“ aufweisen. Im Detail sind die Patienten mit einer geringeren DNA-Methylierung mit den beiden genannten Merkmalen assoziiert, während die andere Patientengruppe eine Korrelation mit höheren DNA-Methylierungen und fortgeschritteneren WHO-Subtypen aufweist. Zwischen diesen beiden Entitäten konnten differentiell methylierte Regionen (DMRs) ausfindig gemacht werden, die eine Rolle bei Tumoren spielen. Diese Liste beinhaltet ZIC5, VILL und TRIM45. Die Methylierungssensitivität dieser Regionen mithilfe von in-vitro Reportergenassays bleibt noch zu testen, um Aussagen über ihre mögliche Rolle bei der Entwicklung und dem Progress von MDS treffen zu können. Longitudinale Analysen in kindlichen MDS-Patienten zeigten ein analoges Ergebnis wie bei den adulten Patienten. Das DNA-Methylierungsmuster bleibt während des Krankheitsprogresses gleich, die quantitativen Veränderungen korrelieren jedoch mit der Klongröße. Es konnte eine differentiell methylierte Region gefunden werden, die Promoterregion von VENTX, welche methylierungssensitiv ist und bereits bei der AML beschrieben wurde.
Zusammenfassend können wir sagen, dass unsere Daten eine enge Korrelation der epigenetischen Veränderungen mit der klonalen Architektur der erkrankten Hämatopoese aufzeigt, jedoch bleibt die chronologische Abfolge dieser Veränderungen noch zu klären

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