Alteracions epigenètiques en càncer colorectal: Canvis globals i identificació de noves dianes.

Abstract

[cat] Tot i que la hipometilació global i regional del DNA va ser la primera alteració epigenètica detectada en tumors, les dificultats en el seu estudi, així com la manca de metodologies específiques que en permetin un anàlisi detallat, han fet que desconeguem en gran mesura els efectes que aquest fenomen té per a la cèl·lula tumoral. En aquesta tesi ens vàrem proposar realitzar estudis globals i específics que permetessin establir possibles associacions entre la hipometilació i la inestabilitat genètica en tumors primaris humans. En primer lloc es va dur a terme la caracterització dels patrons de metilació globals en una sèrie de tumors colorectals. Aquest anàlisi ens va permetre observar una correlació positiva entre el grau de desmetilació dels tumors primaris i el nombre d'alteracions cromosòmiques que aquests acumulen. Per a continuar aprofundint en l'estudi de la hipometilació en tumors, i donada la manca de metodologies específiques per a realitzar aquesta mena d'estudis, ens vàrem proposar desenvolupar una nova metodologia d'anàlisi de la metilació, centrada en l'anàlisi dels elements repetitius dispersos Alu, els quals contenen una fracció important de la metilació del DNA en humans. Així es com va sorgir la nova metodologia Amplification of UnMethylated Alu (AUMA), recollida en el segon treball. L'aplicació d'AUMA a una sèrie de tumors colorectals ens ha permès identificar elements repetitius Alu desmetilats al llarg de tot el genoma i també ens ha permès identificar elements Alu amb alteracions de la metilació en tumors. Un anàlisi bioinformàtic paral·lel ens ha permès complementar els resultats obtinguts experimentalment. En aquest treball hem desenvolupat també una nova metodologia de quantificació d'elements Alu desmetilats, la qual hem anomenat Quantification of UnMethylated Alu (QUMA) i de la qual no hi ha cap precedent en la literatura. De l'estudi d'una de les alteracions de la metilació detectades en patrons AUMA n'ha sorgit el tercer treball d'aquesta tesi. En aquest cas hem fixat la nostra atenció en un element repetitiu MIR desmetilat en teixit normal, el qual s'hipermetila en tumors amb una elevada freqüència. L'estudi de l'estat de metilació de les illes CpG dels gens adjacents a aquest element MIR ens ha conduït a la identificació de 8 noves illes CpG hipermetilades en tumors i línies cel·lulars de càncer colorectal. L'anàlisi de les modificacions d'histones associades al silenciament d'aquests gens ens ha permès identificar patrons de cromatina molt semblants als descoberts recentment en cèl·lules mare embrionàries, connectant així la biologia de les cèl·lules mare amb el desenvolupament del càncer.

[eng] Although hypomethylation was the first tumor-associated DNA methylation alteration in tumors to be discovered, its role in tumorigenesis has remained basically unexplored, mainly due to the lack of specific methodologies of study. In the first work, we performed a global analysis of DNA methylation and genetic alterations in a series of colorectal tumors. Results indicate that a positive correlation exists between the degree of DNA hypomethylation and the number of genetic alterations that a tumor cell accumulates. In order to gain insight into the role that DNA hypomethylation might play in tumor development, we proposed to develop new methodologies that would allow performing both global and specific analyses of DNA hypomethylation, constituting the second work in this thesis. The new methodology mainly targets Alu repeats, which have been previously found to be heavily methylated in most somatic tissues, and has been therefore named Amplification of unMethylated Alu (AUMA). AUMA application to a series of primary colorectal tumors allowed the genome-wide identification of multiple unmethylated Alu elements in normal tissues, as well as Alu elements with altered methylation patterns in tumors. We also aimed to develop a quantification method, which was named Quantification of UnMethylated Alu (QUMA). Both AUMA and QUMA experimental results were complemented using a bioinformatic approach, which indicated that there is a stronger pressure to methylate younger Alu elements, among which there are elements able to retrotranspose. In a third work, we focused on the specific analysis of an AUMA target. A MIR element unmethylated in normal colorectal mucosa was found to undergo extensive hypermethylation in a large proportion of tumors. DNA methylation analysis of promoter CpG methylation of genes around the MIR element allowed the identification of 8 clustered genes whose CpG islands become hypermethylated in colorectal tumors and cell lines. Histone modification profiling across the promoters of the DNA methylated genes identified chromatin profiles that closely resemble those found in embryonic stem cells, therefore linking stem cells biology with cancer development.