Abstract

Around 5–10% of all breast cancers stem from a strong hereditary predisposition to the disease. Mutations in currently known breast cancer predisposing genes, however, account for only 25–30% of all hereditary breast cancer cases, BRCA1 and BRCA2 being the two major ones. Since BRCA1 and BRCA2 participate in the DNA damage response, mutations in other genes, such as PALB2 and RAP80, which are involved in these pathways, may also predispose to breast tumours. Therefore, the aim of this study was to evaluate variations of the human PALB2 and RAP80 genes as novel potential candidates for breast cancer susceptibility and to further characterize the role of PALB2-deficiency in cancer development.

A mutation, c.1592delT, was identified in PALB2 at an elevated frequency among breast cancer patients (0.9%) compared to controls (0.2%) (P =  0.003, OR 3.94, 95% CI 1.5–12.1). Among familial cases the frequency was even higher (2.7%). This mutation represents a genuine loss-of-function mutation since its protein product showed significantly decreased BRCA2-binding affinity and could neither support homologous recombination nor restore crosslink repair in PALB2-deficient cells.

Heterozygous PALB2 c.1592delT carriers displayed haploinsufficiency of PALB2 marked by aberrant DNA replication and DNA damage response that led to a significant increase in genomic instability. As the tumours were negative for loss of heterozygosity at this chromosomal locus, these findings provide a mechanism for the early stages of breast cancer development in PALB2 c.1592delT carriers.

Palb2 was also found to play a critical role in early mouse development. As in Brca1/2-deficient embryos, homozygous inactivation of Palb2 resulted in embryonic lethality due to mesoderm differentiation and cell proliferation defects. The phenotypic similarity of Palb2 and Brca1/2-deficient mice further supports the close functional relationship shown in vitro for these proteins.

A novel mutation, delE81, was identified in RAP80 in one out of 112 breast cancer families, and in one patient diagnosed with bilateral breast cancer out of 503 unselected breast cancers. The resultant delE81 protein displayed significantly reduced ubiquitin binding and double-strand break (DSB) localization. Furthermore, it impaired the recruitment of the whole BRCA1-A complex to the site of DSBs, thus compromising BRCA1-mediated DNA damage response signalling. Although the mutation is quite rare, the current results indicate that the RAP80 delE81 defect is biologically relevant and is likely associated with a hereditary predisposition to breast cancer.

Tiivistelmä

Arviolta 5–10 % rintasyöpätapauksista aiheutuuu merkittävästä perinnöllisestä alttiudesta sairauteen. Mutaatiot tähän mennessä tunnistetuissa rintasyövän alttiusgeeneissä, joista BRCA1 ja BRCA2 ovat tärkeimmät, selittävät kuitenkin vain 25–30 % kaikista perinnöllisistä rintasyöpätapauksista. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on arvioida PALB2- ja RAP80-geenien mahdolliset vaikutukset rintasyöpäalttiuteen, sekä määrittää tarkemmin PALB2:n vaikutus syövän kehitykseen.

PALB2:sta löydettiin mutaatio, c.1592delT, jota esiintyi merkittävästi enemmän rintasyöpäpotilailla (0,9 %) kuin kontrollihenkilöillä (0,2 %) [P =  0.003, OR 3.94, 95 % CI 1.5–12.1]. Kaikista yleisimmin geenimuutos esiintyi perinnöllisten ritasyöpätapausten joukossa (2,7 %). Mutaatio aiheuttaa toiminnallisesti viallisen proteiinin, joka sitoutuu BRCA2:n kanssa normaalia heikommin, eikä se pysty kunnolla toimimaan homologisessa rekombinaatiossa tai ristikkäiden DNA-virheiden korjauksessa.

Heterotsygoottisen PALB2 c.1592delT-mutaation aiheuttaa PALB2-geenin haploinsuffisienssi joka ilmentyy kantajien soluissa epänormaalina DNA:n kahdentumisena ja DNA-vauriovasteena, jotka johtavat merkittävästi kohonneeseen genomin epävakaisuuteen. Jo kyseiset toiminnalliset puutteet näyttävät tarjoavan pätevän selityksen PALB2 c.1592delT kantajien merkittävästi suurentuneelle rintasyöpäriskille ja lienee myös syy siihen, ettei potilaiden kasvaimissa havaittu normaalin vastinaleelin menetystä. Palb2:lla on keskeinen rooli hiiren alkiokehityksessä. Kuten Brca1/2-puutteellisissa alkioissa, myös homotsygoottinen Palb2-inaktivaatio aiheuttaa alkioiden enneaikaisen kuoleman, joka aiheutuu puutteista mesodermin erilaistumisessa ja hidastuneesta solujen kasvussa. Palb2- ja Brca1/2-puuttellisten hiirien samankaltaisuus vahvistaa ennestään näiden proteiinien toiminnallista yhteyttä, joka on osoitettu jo aikaisemmin laboratorio-oloissa.

RAP80-geenistä löydettiin uusi mutaatio, delE81, yhdestä 112 tutkitusta rintasyöpäperheestä. Kyseinen muutos nähtiin myös yhdessä molemminpuoliseen rintasyöpään sairastaneessa potilaassa valikoimattomassa 503 tapauksen kattavasta aineistosta. Mutatoitunut proteiinituote vähensi huomattavasti DNA-vauriovastekompleksin kykyä sitoutua ubikitiiniin ja paikallistua DNA-kaksoisjuostekatkoksille. Ennen kaikkea mutaatio heikensi BRCA1-A kompleksin kuljetuksen DNA-vauriopaikalle, vaarantaen BRCA1-välitteisen DNA-vauriovasteen. Harvinaisuudesta huolimatta nämä tutkimustulokset osoittavat RAP80 delE81 vaikutuksen olevan biologisesti merkittävä. Kyseinen synnynnäinen RAP80-geenimuutos altistaa mitä todennäköisimmin kantajansa rintasyövälle.