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DNA methylation analysis of MGMT enhancers in brain metastases
Benno Daniel Fehringer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie
Betreuer*in
Margit Cichna-Markl
DOI
10.25365/thesis.79151
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20989.66583.399283-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Arbeit befasst sich mit der Korrelation zwischen der Methylierung von O6 Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) Enhancern und der MGMT-Proteinexpression. Ein fundiertes Verständnis dieses biologischen Zusammenspiels kann zu einer Verbesserung personalisierter Therapie bei verschiedenen Krebsarten unter Verwendung von Zytostatika wie zum Beispiel mit Temozolomid beitragen. Dies liegt daran, dass MGMT die Wirkung dieser Medikamente abschwächen kann, indem es Alkylierungsschäden repariert, die zur Zerstörung von Krebszellen vorgesehen sind. Ziel ist es, anhand von Enhancer-Methylierungen die Expression von MGMT vorherzusagen und dadurch die bestmögliche Behandlungsstrategie zu ermitteln. Da Patienten mit Hirnmetastasen weniger effektiv auf die Therapie mit Temozolomid ansprechen als beispielsweise Patienten mit Glioblastom, ist ein tieferes Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse erforderlich. Zu diesen Zweck wurden Proben von Melanom-Hirnmetastasen mit unterschiedlicher MGMT-Expression mittels Pyrosequenzierung analysiert. Dabei wurden gezielt Enhancerregionen des MGMT-Gens untersucht. Insgesamt wurden 92 verschiedene Cytosin-Phosphat-Guanin Dinukleotide analysiert, wobei sowohl intragenische als auch intergenische Enhancer berücksichtigt wurden. Zwischen diesen beiden Genomregionen konnte ein signifikanter Unterschied festgestellt werden. Während die intergenischen Regionen eine gleichmäßige Verteilung der Methylierungsgrade aufwiesen, zeigten die intragenischen Enhancer deutlich höhere Methylierungsgrade bei MGMT exprimierenden Proben im Vergleich zu nicht-exprimierenden Proben. Darüber hinaus konnte eine signifikant positive Korrelation zwischen der MGMT-Expression und der Methylierung intragenischer MGMT Enhancer beobachtet werden. Diese Erkenntnis könnte gemeinsam mit dem MGMT-Promotormethylierungsstatus dazu beitragen, das Ansprechen auf Temozolomid genauer vorherzusagen und somit die Behandlungseffizienz zu steigern sowie unnötige Nebenwirkungen zu verhindern. Zusätzlich wurden in dieser Arbeit zwei aus der Literatur bekannte Methoden zur Detektion von 5-Hydroxymethylcytosin verglichen. Dabei handelt es sich einerseits um die oxidative Bisulfit-Sequenzierung und andererseits um die chemisch-assistierte Pyridin-Boran-Sequenzierung. Die modifizierte Form von Cytosin entsteht durch Oxidation von 5 Methylcytosin und spielt eine bedeutsame Rolle in der Epigenetik, Genregulation und Krebsbiologie. Für den Methodenvergleich wurden beide Verfahren auf eine Reihe an Standards angewendet, die Cytosin, 5-Methylcytosin oder 5 Hydroxymethylcytosin enthielten. Dabei zeigte sich, dass die bisulfitfreie, chemisch-assistierte Pyridin-Boran-Sequenzierung die genauere und weniger aufwändige Methode darstellt. Einerseits ist kein zusätzlicher Analyseschritt wie bei der oxidativen Bisulfit-Sequenzierung erforderlich, andererseits muss keine spezifische Temperatur vorab für die Basenkonvertierung optimiert werden.
Abstract
(Englisch)
This study addresses the correlation between O6-methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT) enhancer methylation and MGMT protein expression. A profound understanding of such biological interplay can lead to improvements in personalised therapy for various cancer types using cytostatic agents such as temozolomide (TMZ). This is because MGMT can interfere with the response to these agents by repairing alkylation lesions that are intended to destroy cancer cells. The goal is to predict MGMT expression based on enhancer methylation to determine the optimal treatment strategy. Since patients with brain metastases respond less effectively to TMZ than, for example, patients with glioblastoma, a deeper understanding of the underlying processes is required. For this reason, melanoma brain metastasis samples with different MGMT expression levels were analysed using pyrosequencing methods targeting MGMT enhancer regions. In total, 92 different cytosine-phosphate-guanine dinucleotide sites located in intergenic and intragenic enhancers were analysed. Notably, a significant difference between these two genomic regions was observed. For intergenic enhancers, methylation levels were distributed evenly. However, the analysis of intragenic enhancers revealed much higher methylation levels in MGMT-expressing samples compared to non-expressing ones. Moreover, a significant positive correlation between MGMT expression and MGMT intragenic enhancer methylation was observed. These findings, together with the MGMT promoter methylation status, could be used to predict TMZ responses more accurately, thereby improving treatment efficiency and preventing unnecessary side effects. Additionally, this study investigated and compared two different methods for detecting 5 hydroxymethylcytosine: on the one hand, oxidative bisulfite sequencing and on the other hand chemically assisted pyridine borane sequencing. This modification of cytosine is formed through the oxidation of 5 methylcytosine and has significant implications in epigenetics, gene regulation, and cancer biology. For the comparison, both methods were applied to a set of standards containing cytosine, 5 methylcytosine, or 5-hydroxymethylcytosine. The results suggest that bisulfite-free chemically assisted pyridine borane sequencing is the more accurate and less complex method. While it does not rely on a second method like oxidative bisulfite sequencing, there is also no need to first optimise temperature settings for the base conversion.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
DNA-Methylierungsanalyse O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase MGMT Enhancer Bisulfit-Sequenzierung Chemisch-assistierte Pyridin-Boran-Sequenzierung Enhancer-Methylierung MGMT-Expression Melanom-Hirnmetastasen Pyrosequenzierung 5-Hydroxymethylcytosin Oxidative Bisulfit-Sequenzierung
Schlagwörter
(Englisch)
DNA methylation analysis O6-methylguanine-DNA-methyltransferase MGMT Enhancer Melanoma brain metastasis Bisulfite sequencing Oxidative bisulfite sequencing Chemically assisted pyridine borane sequencing Enhancer methylation MGMT expression Pyrosequencing 5-hydroxymethylcytosine
Autor*innen
Benno Daniel Fehringer
Haupttitel (Englisch)
DNA methylation analysis of MGMT enhancers in brain metastases
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
V, 91 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Margit Cichna-Markl
Klassifikation
35 Chemie > 35.75 Nukleinsäuren
AC Nummer
AC17628056
Utheses ID
77320
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |