Integrated multi-omic analysis of HCC formation in the SRF-VP16iHep mouse model

Abstract

SRF-VP16iHep mice activate the constitutive transcription factor SRF-VP16 in a hepatocyte-specific mosaic fashion and consequently, develop hepatocellular carcinoma (mHCC) (Ohrnberger* and Thavamani*, et al., 2015). Using the SRF-VP16iHep mouse model, this thesis focuses on the characterization of mHCC formation from pre-malignant liver nodules. The objective of the current study was to identify carcinogenic driver events responsible for malignant transformation and tumor formation in SRF-VP16iHep livers. To this end, an integrated multi-omics analysis approach was undertaken, which involved the investigation of the genome (exome), transcriptome and proteome at the premalignant and advanced stages of HCC development. Sanger sequencing of genomic candidate loci revealed the presence of Ctnnb1 and Trp53 mutations in two different subsets of mHCCs, respectively. Transcriptome and proteome profiles of Ctnnb1 mutant and Ctnnb1 wildtype mHCCs showed significant differences between the two subsets. SRF-VP16iHep tumor transcriptomes showed striking similarities to that of a distinct subset of human HCCs. This identified SRF-VP16iHep to resemble the G1/G2 subtype of human HCCs, as was indicated by common gene expression signatures, for example activated oncofetal genes. Whole exome sequencing (WES) analysis of mHCCs and pre-malignant nodular tissues revealed an inherent heterogeneity of each mHCC, even when originating within one individual liver. In addition, integrated omics analysis of mHCCs from SRF-VP16iHep mice indicated the occurrence of metabolic reprogramming, for example the activation of aerobic glycolysis and of the mitochondrial 1C-metabolism.

SRF-VP16iHep Mäuse zeigen Aktivität das SRF-VP16 Protein, einem konstitutiven Transkriptionsfaktor und Aktivator von CArG-box-regulierten Zielgenen, im hepatozellulären Mosaikmuster. Die dadurch ausgelöste Hyperproliferation von Hepatozyten führt zur Ausbildung von prä-malignen Knoten (“nodules”), aus denen sich Hepatozelluläre Karzinome (murine HCCs, mHCCs) entwickeln (Ohrnberger* and Thavamani* et al., 2015). Die vorliegenden Arbeit konzentriert sich auf die Charakterisierung der HCC Tumorgewebe, sowie die bei deren Entstehung durchlau-fenen Progressionstadien, indem verschiedene genomweite Omic Analyseplattformen zum Einsatz gebracht werden. Dabei war es Ziel dieser Arbeit, essentielle molekulare und zelluläre Ereignisse bei der HCC Tumorentstehung zu identifizieren. Die eingesetzten Omic Analyseplattformen waren Transkriptomic (RNAseq), Proteomik/Phospho-Proteomik, und Exom-Sequenzierung. Genomische Sanger-Sequenzierung von Kandidaten-Loci zeigte die Anwesenheit von Ctnnb1 und Trp53 Mutationen in zwei verschiedenen Untergruppen der mHCCs. Die Transkriptom- und Proteomprofile von Ctnnb1-Wildtyp und Ctnnb1-mutierten mHCCs zeigten signifikante Unterschiede. Vergleichende Clusteranalyse der Transkriptionsprofile der SRF-VP16iHep-Proben mit humanen HCC Tumorproben zeigte signifikante Überlappung der SRF-VP16iHep HCCs mit der G1/G2 Untergruppe humaner HCCs. Dabei wurden gemeinsame Gensignaturen identifiziert, z. B. bezüglich der erhöhten Expression von „oncofetal liver genes“. Eine vollständige Exom-Sequenzierung (WES) von prä-malignen Knoten und mHCCs der SRF-VP16iHep Mäuse zeigte die inhärente Heterogenität der mHCCs. Die durchgeführte multi-Omics Analyse gibt Hinweise auf erfolgte metabolische Reprogrammierung in mHCC Geweben, speziell auf die Aktivierung der aeroben Glycolyse und des mitochondrialen 1C-Metabolismus.