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Characterization and implications of aberrant DNA methylation in hepatocellular carcinoma associated with different etiologies

• Auteur / Autrice : Marie-Pierre Lambert
• Direction : Zdenko Herceg
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie. Santé
• Date : Soutenance le 09/12/2011
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre international de recherche sur le cancer
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Scoazec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zdenko Herceg, Sophie Rousseaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jessica Zucman-Rossi, Eric Julien

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer

Foie

Carcinome hépatocellulaire

Mots clés libres

Cancer du foie

Carcinome hépatocellulaire

Liver cancer

Hepatocellular carcinoma

Résumé

Le cancer du foie représente l'un des cancers les plus fréquents chez l'homme et l'un des plus mortels à l'échelle mondiale en raison d'un diagnostic tardif des patients et de l'absence de traitements efficaces. Le carcinome hépatocellulaire (CHC) est généralement diagnostiqué à un stade avancé de progression tumorale et plus de 80% des cas trouvent une issue fatale, soulignant le besoin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans l'hépatocarcinogenèse et d'identifier les gènes cibles critiques qui pourraient être exploités pour une détection précoce et une intervention thérapeutique. Les données épidémiologiques indiquent que les principaux facteurs de risque pour le développement de CHCs sont l'infection par les virus de l'hépatite B (VHB) et C (VHC), l'alcoolisme chronique et l'exposition aux aflatoxines, cependant les mécanismes par lesquels ces facteurs peuvent promouvoir le développement et la progression du cancer du foie sont encore flous. Les mécanismes épigénétiques sont reconnus pour constituer une interface entre le génome et les expositions environnementales, suggérant que différentes étiologies peuvent induire des changements épigénétiques spécifiques et précoces, qui peuvent plus tard, promouvoir l'hépatocarcinogenèse. Spécifiquement, la méthylation de l'ADN a déjà été reportée pour être dérégulée dans les CHCs. Cependant, un profil détaillé de la méthylation de l'ADN dans les CHCs et sa corrélation avec l'exposition aux principaux facteurs de risque majeurs manquent toujours. Le but de ce travail a été de caractériser les profils de méthylation de l'ADN, de CHCs et de tissus non cancéreux associés, de gènes candidats spécifiques afin de déterminer leur association avec le statut tumoral et l'exposition aux facteurs de risque en s'appuyant sur la technologie de pyroséquençage. Cette étude nous a permis d'identifier des gènes spécifiques hyperméthylés dans les tumeurs de CHCs, dont des gènes non reportés encore. Une autre importante découverte de notre étude est que la méthylation aberrante de l'ADN est associée avec des facteurs majeurs de risque, dont l'infection par le VHB et la consommation d'alcool. Au vu de ces intéressantes données notre analyse a été étendue grâce à l'utilisation de la technologie de beadarray afin d'étudier le profil de méthylation de l'ADN de plus de 800 gènes associés au cancer. Nous avons mis en évidence une solide signature distinguant, lesCHCs des tissus environnants et d'autres types de tumeurs, indépendante des facteurs de risque. De plus, la méthylation aberrante de l'ADN d'un sous groupe particulier de régions promotrices était associée à la progression tumorale et aux facteurs de risque (infection par VHB, VHC, alcool). De manière intéressante, la méthylation d'un panel de gènes indépendants était fortement corrélée aux données de survie après thérapies. Ce travail fournit des informations importantes concernant les gènes cibles affectés par la méthylation de l'ADN dans les CHCs et leur association avec l'exposition aux facteurs de risque. De plus, notre étude a révélé une dérégulation d'un large panel de gènes soumis à empreinte, suggérant que les mécanismes d'empreintes puissent être ciblés durant le développement de CHCs. En raison de la distinction clinique et moléculaire de sousgroupes au sein des CHCs, nos découvertes pourraient être exploitées en épidémiologie moléculaire et clinique pour la mise en place de stratégies pour un diagnostic plus précoce et des thérapies plus adaptées au CHC

Liver cancer is one of the most frequent human cancers and a major cause of cancerrelated death worldwide. Hepatocellular carcinoma (HCC) is generally diagnosed at an advanced stage of tumor progression, and more than 80% of the cases prove fatal, underscoring the need for a better understanding of the molecular mechanisms underlying hepatocarcinogenesis and identification of critical gene targets that could be exploited for early detection and therapeutic intervention. Epidemiological data indicate that the major risk factors for developing HCC are infection by hepatitis B virus (HBV) and hepatitis C virus (HCV) and heavy chronic alcohol intake. However, the molecular mechanisms by which these factors promote the development and progression of liver cancer are still unclear. It is believed that epigenetic mechanisms represent an interface between the genome and environmental exposures, suggesting that different etiologies may induce specific epigenetic changes at early disease stages that may promote further hepatocarcinogenesis. Specifically, DNA methylation has already been shown to be deregulated in HCC. However, the detailed profiling of DNA methylation in HCC and its correlation with risk factor exposures remains missing. The aim of this work has been to characterize the DNA methylation profiles in HCC and non-cancerous associated tissues of specific candidate genes to determine their association with tumor status and risk factors exposure using pyrosequencing technology. This study has allowed me to identify specific hypermethylated genes in HCC tumors, including non reported genes. Another important finding of my work is that aberrant DNA methylation of key cellular genes in HCC is associated with major risk factors, including HBV infection and alcohol intake. Given this interesting data, this analysis has been further extended using bead array technology in order to study the DNA methylation profile of more than 800 cancer-related genes. A strong signature distinguishing HCC from surrounding tissue and from other tumor types, independent of risk factors has been established. In addition, aberrant DNA methylation of an independent subset of promoters was associated with tumor progression and etiological risk factors (HBV or HCV infection, and ethanol consumption). Interestingly, distinct methylation of an independent panel of gene promoters was strongly correlated with survival after cancer therapy. This work provides important information concerning the targeted genes affected by DNA methylation in HCC and their association with risk factor exposure. Finally, our study revealed deregulation of a large panel of imprinted genes, suggesting that imprinting mechanisms may be targeted during HCC development. Because of the molecular and clinical distinction of subsets of HCC cancers, our findings could be exploited in molecular epidemiology and clinics for diagnostic and prognostic purposes, and provide the basis for the development of epigenetics-based strategies for risk assessment