Analysis and detection of cryptic and complex chromosomal aberrations in acute leukemia

Othman, Moneeb AK GND

Acute leukemia (AL) is a heterogeneous and aggressive disease, with an incidence of approximately 5 cases per 100.000 individuals and per year. It consists of several subgroups with different specific cytogenetic and molecular genetic aberrations, clinical presentations and outcomes. Nowadays, molecular (cyto)genetic tools provide substantially to identify previously non-detectable, so-called cryptic chromosomal aberrations in AL. Thus, the overall goals of this thesis were (i) to identify and characterize the rate of cryptic alterations in CN-AL, (ii) to detect submicroscopic structural copy number alterations (CNAs) in AL and (iii) to identify yet unreported clonal acquired chromosomal rearrangements (therefore also 8 complex rearranged AL cases were studied) and align them with clinical outcome, as far as possible. This work included 103 AL cases and they were studies comprehensively using high resolution fluorescence in situ hybridization (FISH) based-banding technique, locus-specific probes (LSPs), array-based comparative genomic hybridization (aCGH), multiplex-ligation dependent probe amplification (MLPA) and analyses of the breakpoints by genomic browsers. DNA sequencing and single nucleotide polymorphism array-based comparative genomic hybridization (SNP array-CGH) have been used to detect mutations for a number of target genes that are known to key roles in lymphoid and myeloid development. Cryptic chromosomal aberrations were identified in 34% of cytogenetically normal acute lymphoblastic leukemia (CN-ALL) and in 28% of cytogenetically normal acute myeloid leukemia (CN-AML) cases respectively. Surprisingly, we detected high rates of CNAs in CN-ALL, whereas AML cases showed lower rates. Besides, we identified three new candidate genes; CDK6 (7q12.2), CDH2 (15q26.2) and DCC (18q21.2) that may play a key role in leukemogensis and progression. In conclusion, the present study highlights, that most likely all CN-AL cases hold cryptic genomic alterations and that complex AL still are a valuable source for detection of yet unrecognized chromosomal aberrations.

Die akute Leukämie (AL) ist eine heterogene und aggressive Erkrankung mit einer Inzidenz von etwa 5 Fällen pro 100.000 Individuen und Jahr. Sie besteht aus mehreren Untergruppen mit unterschiedlichen zyto- und molekular-genetischen Aberrationen, klinischen Bildern und Verläufen. Heutzutage bieten moderne, molekular (zyto-)genetische Verfahren die Möglichkeit früher nicht nachweisbare, sog. kryptische Chromosomenaberrationen bei der AL zu identifizieren. Ziele dieser Arbeit waren (i) den Anteil und die Art der vorhandenen kryptischen Veränderungen bei CN-AL Fällen zu bestimmen, (ii) submikroskopische Struktur- bzw. Kopienzahl-Veränderungen (CNAs) in ALs nachzuweisen, und (iii) bislang noch nicht beschriebene, erworbene klonale chromosomale Rearrangements in CN-AL sowie 8-komplexaberranten AL Fällen zu identifizieren und mit dem klinischen Verlauf zu korrelieren. In der vorliegenden Arbeit wurden 103 AL Fälle umfassend mittels hochauflösender Fluoreszenz in situ Hybridisierungs (FISH)-Bänderungs-Techniken, lokus-spezifischen Sonden, array-basierender vergleichender genomischer Hybridisierung (aCGH), MLPA (multiplex-ligation dependent probe amplification) und durch Bruchpunktanalysen mittels genomischer Browser untersucht. DNA-Sequenzierung und Single Nucleotide Polymorphismus basierte aCGH wurden verwendet, um Mutationen für eine Anzahl von Zielgenen, welche Schlüsselrollen bei der lymphoiden und myeloiden Entwicklung haben weiter zu untersuchen. Kryptische Chromosomenaberrationen wurden in 34% der zytogenetisch unauffälligen akuten lymphatischen Leukämiefälle (CN-ALL) und in 28% der zytogenetisch unauffälligen akuten myeloischen Leukämien (CN-AML) identifiziert. Es fanden sich mehr CNAs in CN-ALL als in CN-AML Fällen. Schließlich wurden 3 neue AL-assoziierte Kandidaten-Gene gefunden: CDK6 (7q12.2), CDH2 (15q26.2) und DCC (18q21.2), die eine wichtige Rolle in der Leukemogenese und Progression spielen könnten. Insgesamt ergab die vorliegende Arbeit, dass wohl alle CN-AL Fälle kryptische genomische Veränderungen tragen, und dass komplexe AL Fälle eine wertvolle Quelle für noch nicht erfasste Chromosomenaberrationen darstellen.

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Othman, Moneeb: Analysis and detection of cryptic and complex chromosomal aberrations in acute leukemia. Jena 2016.

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