Mechanisms of spontaneous loss of heterozygosity in adult stem cells
Mécanismes de perte d'hétérozygotie dans les cellules souches adultes
Résumé
Sometimes a somatic cell undergoes an alteration of its genome leading to loss of heterozygosity (LOH). This phenomenon occurs in normal human tissues, pathological disorders, and cancers. Although previous studies in yeast have provided substantial insight into different mechanisms of LOH, mechanistic details are lacking in higher eukaryotes. Here we investigated the mechanisms giving rise to LOH, bridging the gap between unicellular yeast and higher eukaryotes using an in vivo stem cell model system in Drosophila. Our previous studies have shown that LOH arises frequently in Drosophila intestinal stem cells, and that spontaneous neoplasia arise due to LOH of tumour suppressor genes (Siudeja, 2015). Though whole-genome sequencing of somatic LOH events and profiling copy number changes and changes in heterozygosity of single-nucleotide polymorphisms, we demonstrated that LOH arises through mitotic recombination. Consistent with this, we found Rad51 to be implicated in LOH. Fine mapping of recombination sites did not reveal mutational pile-ups that commonly arise with a break-induced replication mechanism and instead showed clear examples of chromosomes resulting from cross-over resulting from double-Holliday junction-based repair. The mapped recombination regions also provided insight into potential genomic sequence features that may promote mitotic recombination, including an association with the repeated region of the Histone Locus Cluster and regions previously mapped to form R loops. We further explored how environmental factors can influence this process and demonstrate that infection with the enteric pathogenic bacteria, Ecc15, increased LOH frequency. This study provides a better mechanistic understanding of how mitotic recombination arises in stem cells in vivo, and identifies intrinsic and extrinsic factors that can drive LOH, thus providing important insight into cancer initiation and potential preventative and therapeutic strategies.
Les cellules somatiques doivent reproduire fidèlement le génome lors du renouvellement des cellules dans nos tissus. Cependant, il arrive parfois qu'une cellule somatique subisse une altération spectaculaire du génome entraînant une perte d'hétérozygotie (LOH). Si cette perte d'hétérozygotie affecte la fonction d'un gène critique et se produit dans une cellule souche adulte qui va se diviser, la perte d'hétérozygotie peut être transmise à la progéniture de la cellule souche, entraînant l'émergence d'un clone élargi. Ce phénomène se produit dans les tissus humains normaux, les troubles pathologiques et les cancers. Cependant, la manière dont la LH se produit mécaniquement reste encore insaisissable et la manière dont les facteurs environnementaux affectent ce phénomène n'est pas bien comprise.Notre modèle, l'intestin de la drosophile, récapitule les expansions clonales de Loh chez l'homme. Auparavant, Siudeja et ses collègues ont montré que dans le contexte d'un mutant hétérozygote, la copie WT du gène suppresseur de tumeur Notch peut être inactivée, ce qui conduit à un clone néoplastique phénotypiquement détectable. Pour mon doctorat, j'approfondis cette question afin d'élucider le mécanisme qui donne naissance à la LOH et la manière dont les facteurs environnementaux peuvent l'influencer. J'ai effectué le séquençage du génome entier d'une première série de clones néoplasiques de Loh et j'ai découvert que le mécanisme qui l'entraîne est la recombinaison mitotique par un mécanisme basé sur le croisement. Le séquençage en cours permettra de valider cette hypothèse. Il augmentera également la taille de l'échantillon et permettra de déduire toute relation entre le site de recombinaison et les caractéristiques de la séquence sous-jacente faisant allusion à des sites chromosomiques potentiellement fragiles. La modification du microbiote de l'intestin de la drosophile en mettant les animaux en contact avec des bactéries Ecc15 a montré que cela conduit à un plus grand nombre d'événements LOH et à une progression plus rapide. Le découplage des rôles des bactéries est en cours. Enfin, je teste également si le dimorphisme sexuel affecte le mécanisme de la LH. Cette étude in vivo sur l'apparition spontanée de LOH dans les cellules souches adultes a des implications pour comprendre ce qui régule la recombinaison mitotique LOH, un mécanisme associé à de nombreux cancers ainsi qu'à des maladies de la peau.
Origine : Version validée par le jury (STAR)