The timing and causes of pathogenic embryonic BRCA1 epimutations

I livets første fase, før et foster påvirkes av egne hormoner, er forskjellen mellom kjønnene få. En stor forskjell er imidlertid at jente-foster har to aktive X-kromosom i de første 4-5 dagene, mens gutte-foster bare har ett, og at jente-foster deretter gjennomgår X-kromosom inaktivering for å sikre at bare ett X-kromosom forblir aktivt pr. celle. Vi tror at epigenetiske endringer (epimutasjoner) som skjer like før eller under X-kromosom inaktivering er en underliggende årsak til en stor andel av kvinne-kreft, og potensielt også mange andre kvinne-spesifikke sykdommer. Trippel negativ brystkreft (TNBC) er den mest aggressive formen for brystkreft. Rundt 5% av tilfellene er forårsaket av arvelige patogene genetiske varianter i BRCA1, mens det store flertallet ikke har noen kjent direkte årsak, og ansees som «sporadiske». Vi har nylig gjort et stort gjennombrudd, ved å finne at normale celler med epimutasjoner i BRCA1 finnes spredt, som en mosaikk, i kroppen til mellom 5 og 10% av friske kvinner, og at dette gir en betydelig økt risiko for TNBC. Våre data tyder på at så mange som 20% av alle TNBC kan skyldes underliggende BRCA1 epimutasjoner. Siden mosaikk-mønsteret er til stede i vev som kommer alle tre kimlag fra fosterstadiet, og vi ser det hos nyfødte, må epimutasjonene ha oppstått tidlig i fosterstadiet. Vi vil finne det eksakte tidspunktet for når BRCA1 epimutasjoner skjer, bestemme hvilken påvirkning antall X-kromosomer har og vi vil kartlegge distribusjonen av BRCA1-epimuterte celler i normal brystvev, for å se om slike celler er anriket i høy-risiko områder av brystet. Prosjektet vil åpne nye forskningsfelt langt utover BRCA1 og brystkreft, siden resultatene vil gi kunnskap om mekanismer som er svært relevante for andre tumor suppressor-gen og andre krefttyper hos kvinner. Resultatene kan også generaliseres som konsept utover kreft, siden tidlige embryonale epimutasjoner trolig også er en uutforsket årsak til mange andre kvinne-spesifikke sykdommer.

Triple-negative breast cancer (TNBC) is the most aggressive form of breast cancer. Around 5% of cases are caused by inherited pathogenic genetic variants of the BRCA1 gene, while the vast majority of cases remain unexplained and are considered as “sporadic”. Recently we made a major breakthrough in the field, by showing that non-inherited, mosaic epimutations (promoter methylation) of BRCA1, in normal cells, affects 5-10% of the female population and that such mosaicism is associated with a significantly increased risk of TNBC. In patients, there is a strong allele-specific concordance between BRCA1 epimutations in normal cells and tumor cells, indicating shared origin. Our data indicate that as many as 20% of TNBC cases may be explained by underlying BRCA1 epimutations. Since the mosaicism affects normal tissues of all germ layers and is present in newborns, the epimutations seem to occur early during embryonic development. The exact timepoint and mechanism behind BRCA1 epimutation occurrence as well as the distribution of such epimutations in cancer prone tissues remains unknown. Answering these questions will have large implications for our understanding of cancer risk, carcinogenesis and potential for prevention. To meet these knowledge needs, we will perform concordance studies in monozygotic twins with known timepoint of split and single cell lineage tracing in somatic evolution, to find the timepoint of BRCA1 epimutation occurrence. We will assess the impact of X-chromosome dosage, and a wide range of environmental pollutants in both affected newborns and their mothers, to search for potential causes of aberrant methylation. We will map the spatial distribution of BRCA1 epimutations in normal breast tissue of affected individuals, to reveal if methylated cells are clustered in densely methylated ducts, indicating local clonal expansion, and whether methylation is enriched in specific “high-risk” regions of the breast.