Antisense & Allele-spezifische Transcription in Krebsformen

In den vergangenen Jahren hat sich unsere Auffassung der Genexpression dramatisch verändert und wir erkennen nun die Komplexität ihrer Regulation. Obwohl mittlerweile bekannt ist, dass Genexpression sehr vielschichtig reguliert wird, werden einige Mechanismen immer noch kaum beachtet. Dies trifft auch auf Antisense und Allele-spezifische Expressionsprozesse zu, die trotz ihrer weiten Verbreitung wenig erforscht sind, da ihre Bedeutung unterschätzt wurde und ihre Analyse technischer Limitierungen unterlag. Antisense Transkripte sind zumindest teilweise komplementär zu einem meist Protein-kodierenden Transkript und können diverse regulatorische Funktionen ausüben (z.B. epigenetische Veränderungen). Diese räumliche Anordnung lässt auch vermuten, dass Antisense Transkripte hauptsächlich in Allele-spezifischer Genregulation involviert sind. Dieses Projekt soll zum ersten Mal über individuelle Studien hinausgehen, mit dem Ziel einen umfassenden Einblick in diese Prozesse zu erlangen. Um dies zu erreichen, werden wir die derzeitige Fülle an Transkriptom- und (Epi)Genom-Daten nutzen, die in öffentlichen Datenbanken zur Verfügung stehen, und diese Prozesse in einer großen Anzahl an gesunden Gewebs- und Krebsgewebsproben untersuchen. Diese Proben werden wir optimiert in einem im Hochdurchsatzverfahren analysieren, um die Transkription aller vier DNA Stränge (beider Allele) zu ermitteln. Da dies nicht routinemäßig durchgeführt wird, erwarten wir viele Erkenntnisse gewinnen zu können, die ansonsten unentdeckt bleiben würden. Die Identifizierung von Biomarkern trägt grundlegend zu der Entwicklung von neuartigen Krebstherapien und diagnostischen Anwendungen bei. Um das Potential von Biomarkern einschätzen zu können, ist die Konstruktion von umfassenden Expressionsprofilen von großer Bedeutung, da so Gewebs- und Krebs- spezifische Expressionsmuster bestimmt werden können. Antisense Transkripte wurden in dieser Hinsicht noch kaum untersucht, weisen aber höchstwahrscheinlich ein hohes Potential für klinische Anwendungen auf, das wir in dieser Studie aufzeigen werden. Des Weiteren werden wir die Antisense Transkripte von Genen, die hauptsächlich in männlichen Keimzellen exprimiert werden, untersuchen. Einige dieser Gene weisen abnormale Expression in Krebszellen auf, sind in der Onkogenese involviert und/oder können als prognostische Marker dienen. Dies dient als Modell, um zu ermitteln, ob eine Assoziation zwischen Antisense Expression und Onkogenese besteht. Zusätzlich werden wir anhand von Multi-Omics Datensätzen untersuchen, in welchem Ausmaß die Antisense Transkription mit der Allele-spezifischen Expression sowie mit der Allele-spezifischen epigenetischen Regulation verknüpft ist. Zusammenfassend wird dieses Projekt nicht nur zur Aufklärung von Antisense und Allele-spezifischer Expression in der Genregulation sowie zur Identifizierung von neuen potenziellen Markern für klinische Anwendungen entscheidend beitragen, sondern es könnte auch die Auffassung, wie wir zukünftige Expressionsanalysen durchführen sollten, entscheidend verändern.

Dieses Projekt befasste sich mit cis nicht-codierenden natürlichen Antisense-Transkripten (engl. cis non-coding natural antisense transcripts (ncNATs)). Der wohl interessanteste Aspekt dieser Transkripte ist die Tatsache, dass sie vom gleichen Lokus wie andere Transkripte transkribiert werden, aber vom komplementären DNA-Strang abstammen. Diese räumliche Anordnung könnte bedeuten, dass viele ncNATs in cis agieren und in allele-spezifischer Genregulation involviert sind. Der derzeitige Wissenstand über ncNATs hinkt den Kenntnissen über protein-codierende Gene und deren Expression hinterher. Allerdings haben jüngste Forschungsergebnisse die vielfältigen regulatorischen Funktionen einiger dieser Transkripte aufgezeigt. Dies hebt hervor, dass ncNATs eine wichtige Rolle in der Genregulation einnehmen, die wiederum in Krebsformen häufig alteriert ist. Ziel dieses Projektes war es über individuelle Studien hinauszugehen und anhand einer großen Anzahl an gesunden Gewebs- sowie Krebsgewebsproben ein umfassendes Bild der Antisense-Transkription zu konstruieren. Um dies zu erreichen, wurde die derzeitige Fülle an öffentlichen Daten genutzt und tausende sorgfältig ausgewählte Proben in einem Hochdurchsatzverfahren analysiert. Des Weiteren wurde eine Meta-Kollektion an ncNATs erstellt, indem verfügbare Annotationen mit neu-assemblierten ncNATs vereint wurden. Diese Daten stellten die Basis für ein detailliertes Profiling des Antisense Transkriptoms dar und globale Expressionsmuster konnten so entschlüsselt werden. Untersucht wurden unter anderem das Ausmaß an Antisense Transkription in den evaluierten Gewebstypen, Gewebs- und Krebs-assoziierte Expressionsmuster, die chromosomale Verteilung sowie die Dysregulation in Krebsformen. Zum Vergleich wurden auch die Eigenschaften von protein-codierender Genexpression evaluiert. Interessanterweise weist Hodengewebe eine erhöhte Antisense-Expression auf und es konnte eine große Anzahl an Hoden-spezifischen ncNATs identifiziert werden. Manche dieser ncNATs werden in Krebszellen exprimiert - wie auch eine Gruppe protein-kodierender Gene, die hauptsächlich in männlichen Keimzellen exprimiert werden und eine abnormale Expression in Krebszellen aufweisen. Zusammenfassend hat dieses Projekt neue Erkenntnisse über das Antisense Transkriptom geschaffen. Die generierten Daten stellen auch eine wichtige Basis dar um weitere Aspekte zu erforschen. Weiters könnten translationale Studien basierend auf dieser Arbeit zu neuen potenziellen Markern oder Wirkstoffzielen für klinische Anwendungen führen.