The Germline Biomarkers of Prognosis and Immune-Checkpoint Inhibition Treatment of Melanoma

chat, vylyny ProQuest Dissertations & Theses New York Universit 2022 해외박사(DDOD)

Cutaneous melanoma (CM) is a less common form of skin cancer; yet, it contributes to the highest proportion of skin cancer-related deaths. Surgical removal of the primary tumor reduces the risk of aggressive outcomes from early-stage diagnosis. However, a subset of tumors still advance in an unpredictable fashion, resulting in a dismal disease prognosis. A recent introduction of the immune-checkpoint inhibitor (ICI) for metastatic melanoma has substantially improved advanced-stage disease outcomes. Yet, a large fraction of > 60% patients do not respond to ICI, and > 70% experience immune-related adverse events (irAEs) with idiosyncratic patterns. Current biomarkers do not suffice to reliably predict these outcomes. Germline genetics has been reported to impact host immunity and this interaction has been proposed to modulate anti-tumor immune response, both by controlling tumor progression as well contributing to the success of ICI. Due to its polymorphic nature, the germline genetic variation represents a promising candidate with a more personalized capacity predicting melanoma progression and ICI efficacy/toxicity. This dissertation aims to explore the germline variants as biomarkers that could improve prediction of melanoma progression and ICI treatment outcomes. In Chapter 1, we performed a genome-wide investigation and reported two novel putative prognostic biomarkers of melanoma progression. These variants map to two important tumor-associated genes (oncogene MELK and tumor suppressor SH3BP4), further implicating their plausible biological relevance in melanoma prognosis. In Chapters 2–4, we subsequently examined the role of host germline variants in the context of ICI treatment of metastatic melanoma. We first examined an established portfolio of 1) autoimmune risk and 2) immune-related variants for their associations with ICI efficacy and irAEs. By screening a comprehensive panel of 25 well-established autoimmune risk variants, we found that rs17388568 in cytokine-associated IL2/IL21—previously reported to increase autoimmune susceptibility—associated with an increased likelihood of anti-PD1 treatment response. This was the first published evidence, suggesting the shared genetic link between autoimmunity and ICI efficacy. Assessing the panel of 42 immune-related candidate variants, we identified rs7036417—a modulator of SYK expression, an autoimmune-associated gene—as a predictive biomarker of ICI irAEs. This finding is clinically and biologically important, as it points for the first time to the putative novel therapeutic target that may prevent aggressive irAEs without compromising treatment efficacy. Lastly, in Chapter 4, we conducted, for the first time, a genome-wide association study (GWAS) to comprehensively map the host genetic architecture of ICI treatment outcomes. Pending further expanded design of IO-GEM, these findings underscore the untapped potential of host germline variation in ICI response, survival, and irAEs. Findings from this dissertation have collectively contributed to the emerging evidence that host germline variation may play a role in tumor proliferation and immune responsiveness, supporting its promising clinical utility as personalized biomarkers of melanoma progression and ICI treatment outcomes.

A Regulatory RNA Based Genome-Wide Investigation of BRAF Inhibitor Resistance in Melanoma

Wagstaff, William Dion, Jr ProQuest Dissertations & Theses The University of 2022 해외박사(DDOD)

Cutaneous melanoma is a common cancer and cases have steadily increased since the mid 70s. For some patients, early diagnosis and surgical removal of melanomas is lifesaving, while other patients typically turn to molecular targeted therapies and immunotherapies as treatment options. Easy sampling of melanomas allows the scientific community to identify the most prevalent mutations that initiate melanoma such as the BRAF, NRAS, and TERT genes; some of which can be therapeutically targeted. Though initially effective, many tumors acquire resistance to the targeted therapies demonstrating the need to investigate compensatory pathways. Immunotherapies represent an alternative to molecular targeted therapies. However, inter-tumoral immune cell populations dictate initial therapeutic response and even tumors that responded to treatment develop resistance in the long term. As the protocol for combination therapies develop, so will our scientific understanding of the many pathways at play in the progression of melanoma. The future direction of the field may be to find a molecule that connects all of the pathways. Meanwhile, noncoding RNAs have been shown to play important roles in melanoma development and progression. Studying noncoding RNAs may help us to understand how resistance -both primary and acquired - develops; ultimately allow us to harness the true potential of current therapies.

Studies on the role of tryptophanyl-tRNA synthetase in tumorigenesis

방주은 서울대학교 대학원 2019 국내박사

요약 (국문 초록) 종양 형성 과정에서 tryptophanyl-tRNA synthetase 의 역할 규명 목적: 암 면역요법은 다양한 암 치료법의 한 종류로써 인체의 면역시스템을 활성화하여 암을 극복하는 방법이다. 보통 암세포는 면역 세포인 T 세포에 인식되어 파괴되는데, 암 세포는 IDO1, PD-L1, PD-1, CTLA4, FOXP3 와 같은 면역 회피 인자들을 사용하여 T 세포의 공격을 회피할 수 있게 된다. 이로 인해, T 세포가 제대로 기능하지 못하는 상태를 T 세포 탈진이라고 한다. 본 연구에서는 유전체 분석과 실험 검증을 통하여 단백질 합성 효소 중 하나인 WRS 가 특정 암의 미세환경에서 탈진 상태의 T 세포가 본연의 기능을 회복할 수 있도록 돕는 역할에 대해 알아보고자 하였다. 방법: 단백질 합성에 관여한다고 알려진 ARS 의 기본적인 역할 이외에 새로운 기능을 밝혀내기 위하여 총 31개의 TCGA 암종과 23개의 ARS 에 대하여 2만여개의 유전자와 상관 분석을 하였고, 이중 가장 robust 하게 나온 ARS 와 gene ontology 를 고른 다음, 선별된 ARS 가 주로 어떠한 유전자들과 함께 움직이는지 확인하고자 31 종류의 암에서 상관계수가 0.5 이상인 유전자들을 선별하여 전반적으로 어떤 pathway 에 영향을 받는지 보았다. 다음으로 31 개의 암 종에서 선별된 ARS 가 환자 생존율에 어떠한 영향을 미치는지 확인하였으며, MCP counter 를 사용하여 앞선 분석을 통해 얻어낸 특정 ARS 와 연관성이 높은 pathway molecule 들이 주로 어떤 종류의 면역 세포들과 상호작용 하는지 그리고 특정 ARS 가 매우 높게 발현 되었을 때, 매우 낮게 발현된 그룹에 비해 어떤 signaling pathway 에 관여하고 있는지 알아보았다. 실험적으로, 선별된 ARS 가 종양 환경에서 특정 signal 을 주었을 때, 세포 밖으로 secretion 되는지 확인하였다. 또한 TCGA 분석에서 추출한 co-expressed molecule 들의 패턴은 어떠한지 확인하였다. 다음으로, 면역계가 살아있는 쥐에서 선별한 ARS 를 복강 주사 하였을 때, 컨트롤 대비 ARS 를 처리한 암 종에서 종양 크기의 변화를 확인한 뒤, 적출한 암 조직으로 RNA-sequencing 분석을 하여 생체 수준에서 보인 phenotype 의 원인을 알아보고자 하였다. 결과: TCGA 환자의 transcriptome 데이터를 사용하여 31 개의 암종과 23 개의 ARS 에 대해서 상관 분석을 하여 기능별로 분류한 결과, WRS 와 면역반응과의 연관성이 다양한 암종에서 가장 유의하게 나타났다. 또한 다양한 암 종에서 상위에 IFNγ 경로 유전자들과 면역 억제 유전자들을 확인하였다. 특히 흑색종에서 종양의 전이나 재발이 일어나지 않은 89 명의 환자들만 따로 선별했을 때, WRS 가 높게 발현되는 그룹에서 생존율 증가 뿐 아니라 면역치료시 좋은 효과를 보이는 ICR 인자들이 높게 발현함을 확인하였다. WRS 는 IFNγ 경로와 잘 연결되어 있는 암종들에서 전반적으로 T 세포와의 상호작용이 존재한다는 것을 알 수 있었다. 면역 세포와 암 세포가 함께 섞여있는 dynamic 한 생체 환경에서 세포 밖으로 분비된 WRS 가 어디에서 어떻게 작동하는지 알기 위해 B16F10 흑색종 세포와 Jurkat T 세포 두가지 세포, 마우스에서 실험을 진행한 결과, secreted WRS 는 in vitro 환경에서 pAKT 경로를 억제하여 IDO1, PD-L1 과 같은 면역억제 인자들을 감소시키며 in vivo 환경에서도 EMT 인자들을 감소시킴으로 궁극적으로 억제되어 있던 T 세포의 활성화를 통한 anti-tumor phenotype 에 기여하는 것으로 보인다. 결론: TCGA 암유전체 공공데이터 분석을 통하여 단백질 합성효소 중 하나인 WRS 가 IFNγ 경로와 면역 억제 유전자들과 연관이 되어 있고, 이들은 전반적으로 T 세포와의 상관관계가 높음을 확인하였다. 특히 흑색종 환경에서 WRS 의 발현량이 높을 때, ICR 유전자들의 발현량이 높았으며 환자의 생존율 또한 증가하는 패턴을 보였다. 그 중 세포 밖으로 분비된 WRS 는 in vitro 환경에서 pAKT 경로를 억제하여 IDO1, PD-L1 과 같은 면역억제 인자들을 감소시키며 in vivo 환경의 경우 WRS 처리 그룹에서 tumor growth 가 저해되는 패턴을 보이는데, 적출한 조직으로 RNA-sequencing 분석을 하였을 때 전이와 면역항암제 저항성과 연관이 있는 EMT 현상이 감소되므로 궁극적으로 억제되어 있던 T 세포 면역체계의 복구를 통한 anti-tumor phenotype 과 연관성이 있음을 확인하였다. 주요어: 암 유전체 지도, 트립토파닐 티알엔에이 합성효소, Immunological constant of rejection, 상피간엽이행, 탈진 T 세포, 종양 미세환경, 흑색종, 개인 맞춤 암 면역치료 요약 (영문 초록) Studies on the role of tryptophanyl-tRNA synthetase in tumorigenesis Purpose: Cancer immunotherapy is an emerging treatment method by rehabilitating our own immune system. Cancer cells disguise themselves using immune suppressive molecules such as IDO1, CD274, PDCD1, CTLA4 and FOXP3. Since IFNγ is essential for cytotoxic T cell responses in tumor microenvironment, any defects on this pathway may confer resistance to immunotherapy. However, these factors may pose opposite effects on certain tumor types. For this reason, personalized cancer immunotherapy is important to optimize therapeutic efficacy of each patient. In this study, through genome-wide correlation profiling, I propose that one of the aminoacyl- tRNA synthetases, tryptophanyl-tRNA synthetase is a crucial factor that can modulate T cell immunity. Also, secreted WRS has an anti-tumor effect by downregulation of immune- suppression and epithelial-mesenchymal transition in skin cutaneous melanoma. Methods & Results: Through genome-wide co-expression analysis among 31 tumors from the cancer genome atlas (TCGA) with 23 aminoacyl-tRNA synthetase (ARS) genes, WARS and immune response was selected for the most robust non-canonical function. In addition to this, IFNγ pathway genes, immune suppressive genes and T cell related genes were highly correlated with WARS. Skin cutaneous melanoma displayed the highest WARS expression among 31 tumors and showed favorable prognostic impact on patient survival. Also in this tumor, significant co-expression between immunological constant of rejection (ICR) genes that are well known for the positive predictor of responsiveness to immunotherapy and WARS was observed. Experimentally increasing the dosage of IFNγ in B16F10 induced extracellular secretion of full-length WRS and upregulation of IFNγ pathway genes including immune suppressive factors, such as IDO1, PD- L1 and oncogenic pathway factor pAKT. However, IDO1 and pAKT showed downregulated pattern in the presence of full-length WRS. In case of Jurkat, not much change was shown in the presence of IFNγ, however PD-L1, PD-1 and pAKT showed downregulated pattern in the high dosage of full-length WRS. Moreover, in case of concomitant condition with IFNγ and full-length WRS, upregulation of IDO1, PD-L1 and pAKT by IFNγ were significantly downregulated by the dose dependent full-length WRS treatment in spite of the presence of IFNγ. In addition to this, full-length WRS treated mice showed higher tumor growth inhibition pattern when compared with the control mice. Lastly, RNA-sequencing of the extracted tumors revealed downregulation of epithelial-mesenchymal transition in full-length WRS treated group. Therefore, secreted WRS has a therapeutic potential for enhancing the response rate of anti-PD-1 non-responders. Conclusion: We elucidate the role of WRS as a biomarker and therapeutics in tumorigenesis Keywords: The Cancer Genome Atlas, Tryptophanyl-tRNA synthetase, Immunological constant of rejection, Epithelial-mesenchymal transition, T cell exhaustion, Tumor microenvironment, Skin cutaneous melanoma, Personalized cancer immunotherapy

Cutaneous Melanomas : a 10-year review of 82 cases

서상희 부산대학교 대학원 2007 국내석사

연구 배경: 서양인에서는 피부 악성 흑색종의 발생 빈도가 높아 임상 조직학적 특징이 비교적 잘 알려져 있으나, 국내에는 빈도가 낮아 아직 자료가 부족한 편이다. 피부 악성 흑색종은 인종에 따라 발생 부위나 임상 양상이 차이가 있으므로 서구의 연구 결과를 우리나라에 그대로 적용하기 어렵다. 또한 피부 악성 흑색종의 진단과 치료법이 점차 발전함에 따라 다양한 전문가로 구성된 팀으로써의 접근이 요구되어, 부산대학교 병원에서는 2002년 이후 PNUH melanoma clinic이 운영되고 있다. 연구 목적 : 저자는 최근 10년간 부산대학교 병원에 내원한 피부 악성 흑색종 환자의 임상 및 병리조직학적 소견을 연구하고 이를 다른 국내, 동양인, 서양인의 연구 결과와 비교해보고자 하였다. 또한 PNUH melanoma clinic 운영 전, 후의 변화도 알아보고자 하였다. 연구 방법 : 10년 동안 부산대학교 병원에 내원한 환자 중 병리조직검사 결과 피부 악성 흑색종으로 진단된 환자 82명 (여자 46명, 남자 36명, 평균 연령 56.95세)을 대상으로 진료 기록부와 병리조직표본을 조사하여 연도별 발생 빈도, 성별 및 연령 분포, 유병 기간, 종양의 발생 부위, 임상조직학적 유형, 전구 병변과의 관련성, 종양의 두께와 궤양 유무, AJCC (The revised American Joint Committee on Cancer staging) 병기를 알아보았다. 이상의 임상 병리조직학적 소견의 결과는 다른 국내, 동양인 및 서양인에서의 보고와 비교하였다. 그리고 부산대학교 병원에서 이용한 전초림프절 절제술과 같은 진단적 기법과 수술, 림프절 곽청술, 항암 화학요법, 방사선 치료 및 interferon- α 등 치료 방법을 조사하였다. 생존 곡선은 Kaplan-Meier 방법을 사용하였다. 또한 PNUH melanoma clinic 운영 전, 후의 변화는 환자의 수, 진단 및 치료 방법과 예후를 통해 알아보았다. 결과 : 새로 진단된 피부 악성 흑색종 환자 수는 1997-1998년에 6명, 1999-2000년에 9명, 2001-2002년에 16명, 2003-2004년에 29명, 2005-2006년에 22명으로 점차 증가하는 경향을 보였다. 피부 악성 흑색종은 말단 흑자성 흑색종(67%)이 가장 흔한 임상조직학적 유형이었으며, 발(45.1%)과 손(18.3%)에 가장 호발하였다. 21명(25.6%)의 환자가 선천성, 후천성 멜라닌세포성 모반이나 흑색조에서 병변이 발생하였다고 하였으나, 이 중 2명에서만 병리조직표본 내 멜라닌 세포성 모반 세포를 관찰할 수 있었다. Breslow thickness로 측정한 종양의 두께는 1.0mm 미만, 4.0mm 초과가 각각 20명(24%), 21명(26%)씩 나타났고, 궤양이 31명(37.8%)에서 관찰되었다. 궤양은 종양의 두께가 두꺼워질수록 흔히 발생하는 경향을 보였다. 내원시 병기는 48명(58.5%)의 환자가 병기 0에서 II였다. 이상의 결과는 다른 국내 및 동양인의 보고와 유사하였으나, 서양인에서는 표재확장성 흑색종이 가장 흔한 임상조직학적 유형이며, 발생 부위도 남자는 체간, 여성은 하지에 호발하므로 차이를 보였다. 또한 2000년과 2002년의 국내 보고와 비교할 때, 결절성 흑색종은 줄어드는데 비해 표재확장성 흑색종이 증가하는 경향을 보임을 확인하였다. 총 54명(65.9%)의 환자가 부산대학교 병원에서 치료를 받았고, 이 중 23명(28.0%)에서 전초림프절 생검을 시행하였다. 전초림프절 생검 결과 7명(30.4%)에서 전이가 발견되었고, 전초림프절 생검 결과 양성을 보인 환자군이 음성인 환자군보다 원격 전이와 사망이 흔하게 발생하였다. 18명(33.3%)의 환자가 저용량 interferon-2b로 치료하였으며 이 중 8명(44.4%)이 치료를 완료하였다. 전체 환자의 평균 생존 기간은 72개월이었고 5년 생존율은 63%였다. PNUH melanoma clinic 운영 전후 각각 5년동안의 결과를 비교하자, 운영 후 새로운 환자의 수가 20명에서 61명으로 증가하였고, 전초림프절 생검을 시행받은 환자의 수도 1명에서 22명으로 증가하였으며, 치료를 받은 환자 중 부산대학교 병원에서 치료한 환자의 비도 60%(12명)에서 67.7%(42명)로 증가하였다. 치료 방법도 단순 수술만 시행한 환자가 차지하는 비율이 58.3%(7명)에서 14.3%(6명)로 감소한 반면, 림프절 곽청술, 항암 화학요법, 방사선 치료 및 interferon- α 등 다양한 기법을 복합적으로 사용한 환자가 증가하였다. 또한 통계적 의미는 없었지만 생존율이 증가하는 결과를 보였다. 결론 : 결과적으로 부산대학교 병원에서 10년간 경험한 피부 악성 흑색종 환자들의 임상 병리조직학적 소견은 국내 및 다른 동양인에서의 보고와 유사한 반면, 서양인과는 많은 차이가 있음을 확인하였다. 또한 PNUH melanoma clinic의 운영 전후의 변화를 비교하여, 피부 악성 흑색종 환자의 관리에 팀적 접근이 중요함을 제시하고자 한다.

Role of Notch Signaling in Cutaneous Melanoma

Mikheil, Dareen ProQuest Dissertations & Theses The University of 2018 해외박사(DDOD)

피부 악성 흑색종에서 면역조직화학검사 소견과 p53 유전자 변이 단백의 검출

차규호 영남대학교 1998 국내박사