Drug Response and Disease Progression Associated MicroRNAs in Multiple Myeloma
| Title: | Drug Response and Disease Progression Associated MicroRNAs in Multiple Myeloma |
| Author(s): | Vänttinen, Ida |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
| Degree program: | Master's Programme in Genetics and Molecular Biosciences |
| Specialisation: | Genetics and Genomics |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2020 |
| Abstract: |
Multiple myeloma (MM) is a heterogeneous plasma cell cancer that results from the excessive proliferation of mutated B cells in the bone marrow and the accumulation of ineffective antibodies, monoclonal proteins, in the blood. Despite recent advances in research and novel therapeutics, MM remains incurable, mainly due to the mechanisms underlying disease progression and drug resistance. Therefore, novel biomarkers and therapeutics for the treatment of relapsed and refractory MM are urgently needed.
MicroRNAs (miRNAs), short non-coding RNA molecules that play a key role in post-transcriptional gene regulation, have been found to be associated with different hallmarks of MM. Previous studies have indicated that abnormally functioning miRNA-mediated gene regulation followed by oncogene activation and tumor suppressor gene silencing results in drastic alterations in cell proliferation, apoptosis, growth, and metabolism. These changes in cellular functions have been indicated to be associated with the pathogenesis, progression, and formation of drug resistance in MM. Therefore, the role and potential of miRNAs to act as biomarkers to predict MM progression and drug sensitivity should be further investigated to ultimately improve the survival rates of patients.
The aim of this master’s thesis was to investigate the relationships between drug sensitivity, disease progression and miRNA regulation in MM patients. Bioinformatically predicted miRNAs identified to be associated with sensitivity to panobinostat, a novel histone deacetylase inhibitor, and MM progression were validated in MM patient samples by using real-time quantitative reverse transcription PCR (RT-qPCR). In addition, the specific gene targets of miRNAs involved in the regulation of drug responses and MM progression were predicted by identifying statistically significant, negatively correlated interactions between the miRNA and RNA sequencing data of 45 MM patients in pairwise comparative correlation analysis. Finally, the predicted miRNA targets genes were validated in MM patient samples using RT-qPCR.
Based on the bioinformatic analyses and RT-qPCR validation, mir-424 expression was significantly increased in relapsed MM patients as compared to respective patient samples taken at diagnosis, suggesting a potential role of mir-424 in MM progression. Similarly, mir-4433b expression was significantly elevated in panobinostat-resistant patients compared to sensitive patients, suggesting a potential effect of mir-4433b on the regulation of panobinostat drug response in MM patients. In addition, the RT-qPCR validation demonstrated that the disease progression and drug sensitivity associated mir-92b, mir-363 and mir-221, would potentially regulate the expression of FGF2, MFF, and TMEM248, respectively, providing novel insights into the functional roles of miRNAs in MM pathways.
Multippeli myelooma (MM) on heterogeeninen plasmasolusyöpä, joka saa alkunsa mutatoituneiden B-solujen liiallisesta jakaantumisesta luuytimessä sekä niiden erittämien tehottomien vasta-aineiden, monoklonaalisten proteiinien, kertymisestä vereen. Viime vuosien aikana merkittävästi lisääntyneestä tutkimuksesta ja uusista täsmälääkkeistä huolimatta MM:aan ei ole parantavaa hoitoa, mikä pääasiassa johtuu syövän uusiutumisen ja lääkeresistenssin taustalla olevista mekanismeista. Näin ollen, uusia lääkehoitoja ja biomarkkereita tarvitaan kiireellisesti MM:aan.
Mikro-RNA:t (miRNA), lyhyet, proteiineja koodaamattomat transkription jälkeisessä geenisäätelyssä keskeisessä roolissa olevat RNA-molekyylit, ovat todettu olevan yhteydessä useisiin MM:n tunnusmerkkeihin. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet virheellisesti toimivan miRNA-välitteisen geenisäätelyn vaikuttavan onkogeenien aktivoitumiseen ja tuumorisuppressorigeenien hiljentymiseen aiheuttaen muutoksia solujen proliferaatiossa, apoptoosissa, kasvussa ja metaboliassa. Näiden muutosten on todettu liittyvän MM:n patogeneesiin, etenemiseen ja lääkeresistenssin muodostumiseen. Näin ollen, miRNA:iden roolia MM:ssa sekä niiden potentiaalia toimia biomarkkereina taudin etenemisen ja lääkesensitiivisyyden ennustamisessa tulisi tutkia lisää, jotta potilaiden elinaikaa voitaisiin tulevaisuudessa pidentää.
Tämän Pro gradu -tutkielman tarkoituksena oli selvittää myelooman hoidossa käytettyjen lääkkeaineiden, MM:n etenemisen ja miRNA-säätelyn yhteyksiä. Bioinformatiikan menetelmillä ennustettujen histonideasetylaasi-inhibiittori panobinostaatin sensitiivisyyteen ja taudin etenemiseen liittyvien miRNA:iden ilmentymistä validointiin MM-potilasnäytteissä käyttämällä reaaliaikaista kvantitatiivista käänteistranskriptio PCR:ää (RT-qPCR). Tämän lisäksi, useiden lääkevasteiden ja MM:n etenemisen säätelyyn liittyvien miRNA:iden spesifiset kohdegeenit ennustettiin korrelaatioanalyysissä tunnistamalla tilastollisesti merkittävät, negatiivisesti korreloivat interaktiot 45:n MM-potilaan sisältämän miRNA -ja RNA-sekvenssidatan välillä. Lopuksi korrelaatioanalyysissä ennustettujen miRNA:iden kohdegeenit validoitiin MM-potilasnäytteissä käyttämällä RT-qPCR:ää.
RT-qPCR-validoinnin perusteella mir-424:n ilmentyminen osoittautui olevan merkittävästi lisääntynyt relapsoiduilla potilailla verrattuna vastaaviin tasoihin äskettäin diagnosoiduilla viitaten mir-424:n mahdollisesta vaikutuksesta MM:n etenemiseen. Vastaavasti mir-4433b:n ilmentymisen tasot olivat merkittävästi lisääntyneet panobinostaatille resistenteillä potilailla, kun taas vastaavat tasot sensitiivisillä potilailla olivat matalammat, mikä viittaisi mir-4433b:n potentiaaliseen rooliin panobinostaatin lääkevasteiden säätelyssä MM-potilailla. Lisäksi RT-qPCR-validointi osoitti geenien FGF2, MFF ja TMEM248 olevan MM:n etenemiseen ja lääkevasteisiin liittyvien mir-92b:n, mir-363:n ja mir-221:n säätelemiä antaen uusia näkemyksiä miRNA:iden funktionaaliseen rooliin MM:ssa.
|
| Keyword(s): | multippeli myelooma mikro-RNA biomarkkeri lääkeresistenssi kohdennettu hoito |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Vaenttinen_Ida_ ... Multiple Myeloma_2020.pdf | 978.2Kb |