Influence of KRAS copy number variation on transcriptomic profiles in high-grade serous ovarian cancer

Abstract

High-grade serous ovarian cancer (HGSOC) is the most prominent and severe type of ovarian cancer, accounting for 80% of ovarian cancer deaths. The genetic characteristics of HGSOC include deficiencies in homologous recombination pathway and large structural genetic variation resulting in gene copy number variation (CNV) and disruption of transcriptional programmes in the cell. Additionally, over 10% of HGSOC patients show amplification of KRAS proto-oncogene, which has been identified as a biomarker for early platinum-resistant relapse. Thus, the study of functional implications of KRAS amplification could help in identifying pathways related to treatment resistance and new targets for therapeutic intervention.

This master’s thesis aimed to study the effects of KRAS copy number variation on transcriptomic profiles in HGSOC patients. The results of this study demonstrate identification of negative KRAS activation signature from controlled cell line experiments and lower negative KRAS signature enrichment scores in patient samples with KRAS amplification. The comparison of single-cell RNA sequencing-based copy number inference tools showed better performance of continuous CNV value prediction at the gene level. Lastly, the predictive modelling of KRAS signature enrichment by cellular copy number profiles using neural networks identified multiple putative genomic regions having positive and negative correlations with KRAS copy number and signature enrichment.

Huonosti erilaistunut seroosi karsinooma (HGSOC) on yleisin ja vakavin munasarjasyövän alatyyppi, joka kattaa 80% munasarjasyövän aiheuttamista kuolemista. Tälle karsinoomalle on ominaista puutteet homologisessa rekombinaatiossa ja genomin laajat rakenteelliset muutokset, jotka johtavat geenien kopiolukujen muutoksiin (CNV) ja geeniekspression häiriintymiseen. Yli 10 %:lla HGSOC-potilaista on useita kopioita KRAS-proto-onkogeenistä, jonka on todettu olevan biomarkkeri syövän varhaiselle uusiutumiselle platinaresistenssin vuoksi. KRAS-geenin kopiolukumuutosten toiminnallisten vaikutusten tutkimus voisi täten edistää resistenssiin liittyvien prosessien sekä uusien lääketargetoitavien kohteiden tunnistusta.

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää KRAS kopiolukumuutosten vaikutusta geeniekspressioon HGSOC-potilaissa. Työssä määritettiin KRAS-signatuuri munasarjasyöpäsolulinjojen KRAS-geenin aktivaatio- ja inhibitiokokeiden perusteella ja osoitetiin negatiivisen signatuurin olevan merkittävästi matalampi KRAS-monistuneissa potilasnäytteissä. Yksisolu RNA-sekvensointiin perustuvien kopiolukuinferenssityökalujen vertailu osoitti jatkuva-arvoisten kopiolukuprofiilien suoriutuvan paremmin yksittäisten geenien kopiolukuluokituksen ennustamisessa. Lopuksi KRAS-signatuurin rikastumista ennustettiin yksittäisten solujen kopiolukuprofiilien perusteella käyttäen neuroverkkomallia. Mallinnuksen perusteella pystyttiin havaitsemaan useita KRAS-signatuurin ja KRAS-geenin kopioluvun kanssa korreloivia genomialueita.