Exogenous and endogenous factors that modify telomere length in hereditary breast and ovarian cancer patients

• Autores: Carlos Benítez Buelga
• Directores de la Tesis: Ana Osorio Cabrero (dir. tes.), Javier Benítez Ortiz (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Fernández Piqueras (presid.), Rosario Perona Abellón (secret.), Beatriz Martínez Delgado (voc.), Jose Luis Garcia Gimenez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
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• Resumen
  • español

    RESUMEN El acortamiento telomérico como un factor causal del riesgo a desarrollar cáncer, es un tema complejo, que parece depender de varios factores. En un trabajo anterior publicado por nuestro grupo, encontramos que los pacientes portadores de mutaciones en los genes BRCA1 y BRCA2 presentaban un acortamiento telomérico acelerado que se asociaba con un fenómeno de anticipación trans-generacional en la aparición del cáncer, lo que sugería que en el contexto de cáncer de mama hereditario, las mutaciones en BRCA1 y BRCA2 modificaban el riesgo al desarrollo de la enfermedad a través de su efecto modificador en la biología del mantenimiento telomérico. Posteriormente, dos trabajos independientes con un tamaño muestral superior encontraron resultados muy dispares en relación a los publicados inicialmente por nuestro grupo; sin embargo, los tres trabajos eran estudios retrospectivos y no tuvieron en cuenta la existencia de posibles modificadores de la longitud telomérica como factores de confusión.

    De esta manera el objetivo principal de esta Tesis ha estado enfocado en la identificación de factores genéticos y exógenos modificadores de la longitud telomérica, principalmente dentro del contexto de cáncer de mama y ovario hereditario. Para ello hemos planteado un estudio prospectivo con familias portadoras o no, de mutación en los genes BRCA1 y BRCA2 a los que se ha citado en consulta para la extracción de muestras biológicas y para completar un cuestionario sobre su tratamiento y evolución de la enfermedad.

    En relación a los factores exógenos, en un primer estudio pudimos confirmar que la quimioterapia acortaba los telómeros en los pacientes que estaban en siendo tratados; aunque este efecto era de carácter transitorio. Así, al corregir los resultados de longitud telomérica por el estado de tratamiento, tanto los resultados como las conclusiones eran diferentes en relación al efecto modificador de la longitud telomérica de los genes BRCA1 y BRCA2 como factor causal en riesgo al desarrollo de cáncer. Lo que nos lleva a pensar que la quimioterapia es un factor de confusión en este tipo de estudios.

    Continuamos estudiando factores genéticos como potenciales modificadores de la longitud telomérica. Así pues, se evaluaron 2 polimorfismos modificadores del riesgo a desarrollar cáncer de mama y ovario para portadores de mutaciones en los genes BRCA1 y BRCA2. Estos polimorfismos, se encuentran en regiones reguladoras de la transcripción de las glucosilasas OGG1 y NEIL2, las cuales están involucradas en la vía de reparación del ADN por escisión de base (BER), muy activa en la reparación del daño oxidativo a nivel telomérico. De esta forma, nos planteamos estudiar las bases moleculares responsables de esta asociación y su relación con la biología del mantenimiento de la longitud telomérica. Para ello, se evaluó el papel de estos polimorfismos en relación a la regulación transcripcional de OGG1 y NEIL2, su contribución en la inestabilidad genómica y/o telomérica, así como su relación con el estrés oxidativo. De esta manera, identificamos que estos polimorfismos tienen un efecto funcional a nivel transcripcional y pueden afectar a la eficiencia de la reparación del daño oxidativo en el telómero. Además, parecen tener un papel importante en la regulación de la longitud telomérica en portadores de mutaciones en BRCA1 y BRCA2.

    Basándonos en la posibilidad de una posible relación de letalidad sintética entre OGG1 (BER) y BRCA1 de la vía de reparación del ADN de recombinación homóloga (HR), hemos probado la inhibición farmacológica de la enzima OGG1, utilizando un panel de inhibidores de OGG1, en un conjunto de líneas celulares de cáncer deficientes de BRCA1 y BRCA2.Hemos identificado que en las células con el mismo fondo genético, la inactivación de BRCA1 hace células muy sensibles a estos inhibidores, lo que podría abrir un nuevo marco para el tratamiento del cáncer de mama hereditario.

    Complementariamente, en la presente Tesis doctoral se muestran dos ejemplos de enfermedades hereditarias, angiosarcoma cardiaco hereditario y anemia aplásica, en las que el factor desencadenante de la enfermedad es la desregulación de la longitud telomérica, causada por mutaciones en los genes asociados a las shelterinas, y a la telomerasa respectivamente. Lo que pone de manifiesto la relación existente entre la biología del telomero en relación al cáncer y/o a otras enfermedades.

  • English

    ABSTRACT The role of telomere shortening on cancer risk is a complex issue, and likely depending on several factors. In a previous study published by our group, we showed that patients harboring mutations in the BRCA1 and/or BRCA2 genes presented an accelerated telomeric shortening and an anticipation in the onset of cancer across successive generations in families affected. This suggested, that in the context of hereditary breast and ovarian cancer, mutations in BRCA1 and BRCA2 modified the risk of developing cancer through an accelerated telomere shortening.

    Subsequently, two independent studies using a larger number of families found very different results, compared to those reported by our group; however, the three studies were retrospective, and did not consider the possible existence of telomere length modifiers as confounding factors. In this way, the main objective of this Thesis has been focused on the identification of genetic and environmental factors modifying the telomere length, mainly in the context of hereditary breast and ovary cancer. To this end, we proposed a prospective study involving families affected by hereditary breast and ovarian cancer, with or without mutation in the BRCA1 and BRCA2 genes. Participants, have been cited in medical consultancy for the extraction of biological samples and to complete a questionnaire about their treatment and evolution of the disease.

    Regarding the exogenous factors, in a first study we could confirm that the chemotherapy shortened the telomeres in the patients who were being treated, although this effect was transitory.

    After correction for the treatment status, both the results and the conclusions were different in relation to the effect of the BRCA1 and BRCA2 mutations on telomere shortening as a causal risk factor for developing of cancer. Suggesting that chemotherapy was indeed a confounding factor for this type of studies.

    We continued studying genetic factors as potential telomere length modifiers: In this case, two “cancer risk polymorphisms”, which modify breast and ovarian cancer risk susceptibility, for BRCA1 and BRCA2 mutation carriers.

    These polymorphisms were found in transcriptional regulatory regions of OGG1 and NEIL2 genes. Both genes, encoding for DNA glycosylases which are key enzymes, involved in the base excision repair pathway (BER) which has an important role on repairing oxidative DNA damage at telomeres. Hence, we wanted to study molecular bases responsible for this association and its role on the telomere biology.

    Hence, we evaluated the role of these SNPs in relation to OGG1 and NEIL2 transcriptional regulation, its contribution on genomic and / or telomere instability, as well as its possible relation with systemic oxidative stress. Thus, we identified that these SNPs have a functional effect at the transcriptional level and can affect the enzyme efficiency of repairing oxidative DNA damage at the telomere, as well as telomere length for BRCA1 and BRCA2 mutations carriers.

    Based on a possible synthetic lethality relationship between OGG1 (BER) and BRCA1 (HR) DNA repair pathways, we tested the antiproliferative properties of inhibiting pharmacologically OGG1 enzyme using a panel of OGG1 inhibitors, in a set of BRCA1 and BRCA2 deficient cancer cell lines. We have identified that in cells with the same genetic background, inactivation of BRCA1 make cells very sensitive to OGG1 inhibitors. This may open a new framework for the treatment of hereditary breast cancer.

    In addition, we present two examples of hereditary diseases, hereditary cardiac angiosarcoma and aplastic anemia, in which the molecular mechanism of the disease initiation is telomere dysregulation, caused by mutations in genes associated with the shelterin complex and the telomerase respectively. This examples illustrate the complexity of telomere biology in relation to cancer and / or other diseases.