Studium prognostických markerů u astrocytomů grade II-IV

Nato NARSIA

Doctoral thesis

Abstract:

Dizertační práce se zaměřuje na podobnosti a rozdíly v expresi genů v astrocytomech grade II-IV a porovnává je s hladinou exprese genů ve zdravé mozkové tkáni. Tím byly identifikovány geny, které se exprimují pouze v určitých subtypech astrocytomů. Analýza signálních drah odhalila pro nádor důležité signální procesy, což odhalilo alternativní signální dráhu TGF-beta (ke kanonické dráze zprostředkované proteinem SMAD) v glioblastomech. Dostupná literatura popisuje roli genů identifikovaných v této studii v patogenezi gliomů a dalších typů nádorů. Předložená práce potvrzuje existující poznatky a objasňuje důležité geny a molekulární procesy, které pomohou zlepšit pochopení biologie gliomů. Věřím, že tyto poznatky přispějí k pochopení mechanizmu patogeneze gliomů a poskytnou základ pro další studie. Jedním z hlavních zjištění v této práci je fakt, že u všech subtypů astrocytomů grade II-IV dochází ke zvýšené expresi kolagenů typu COL1A1 a COL1A6 a DDR1. Je známo, že interakce mezi kolagenem a jeho receptory, hlavně DDR1, je důležitá u řady nádorů, včetně nádorů mozku. Data popisují možnou koexpresi kolagenu a DDR1 v astrocytomech, hlavně v glioblastomech. Tento vztah je ovšem nutné potvrdit imunohistochemickou studií provedenou na rozsáhlé skupině vzorků. Tato předběžná studie exprese kolagenu a DDR1 ukazuje vyšší expresi DDR1 spolu s vyšší expresí kolagenu v případech s GBM. Tyto výsledky indikují, že kolagen by mohl modulovat expresi DDR1. Vyšší exprese DDR1 v primárním GBM než v sekundárním GBM by mohla naznačovat jeho roli v progresi primárního GBM. Momentálně spolupracuji s Univerzitou v Birminghamu na studiu exprese kolagenu a DDR1 v rozsáhlé skupině vzorků, což by mělo pomoci objasnit jejich roli v patogenezi gliomů. Tato dizertační práce se dále zabývá studiem receptoru CD74. CD74 je membránový receptor pro faktor inhibující migraci makrofágů (MIF) a také potenciální terapeutický cíl. CD74 je nepolymorfní integrální membránový protein typu II (Shi et al., 2006). Má funkci MHC-II chaperonu a účastní se transportu MHC-II molekul v antigen prezentujících buňkách (Borghese and Clancy, 2011). Jeho exprese je nezávislá na MHC-II a také se může vázat na jiné proteiny než MHC-II (Ogrinc et al., 1993, Henne et al., 1995). Vazba MIF na extracelulární doménu CD74 je prvním krokem nutným pro aktivaci MIF signální dráhy (Shi et al., 2006). MIF je faktor, který je v dráze závislé na CD74 nadřazený cytokinům (Calandra Souhrn 75 and ROger, 2003, Leng et al., 2003). Prozánětlivý cytokin MIF a jeho receptor CD74 (Leng et al., 2003) hrají roli ve vaskularizaci nádorů (Binsky et al., 2007, Liu et al., 2008, McClelland et al., 2009) a podporuje proliferaci neoplastických buněk a jejich přežívání přes signální dráhu ERK1/2-MAPK (McClelland et al., 2009, Ottersotrom et al., 2014). MIF může regulovat fosforylaci přes CD74 a CD44, kdy CD44 aktivuje nereceptorové kinázy (Shi et al., 2006). To pravděpodobně podporuje růst nádoru. MIF a CD74 mohou fungovat jako ligandy CXC chemokinového receptoru u zánětlivých a atherogenních procesů. (Bernhagen et al., 2007). MIF a CD74 vytváří komplexy s CXC chemokinových receptorem CXCR2 na myeloidních buňkách a s CXCR4 na T-buňkách (Bernhagen et al., 2007). Nadměrná exprese MIF a/nebo CD74 podporuje růst nádoru u řady neoplázií, např. u dlaždicobuněčného karcinomu jícnu (Ren et al., 2005), nádoru prsu (Xu et al., 2008), nádoru slinivky (Nagata et al., 2009), plic (McClelland et al., 2009), děložního krčku (Cheng et al., 2011), pleurálního mezoteliomu (Otterstrom et al, 2014) a karcinomu štítné žlázy (Cheng et al., 2015). Terapie cílená proti CD74 zahrnuje klinické zkoušky humanizované protilátky pro CD74 Milatuzumab, která je schopná tak

Abstract:

é stabilizovat pokročilý myelom (Kaufman et al., 2013). Milatuzumab je v I. fázi klinických zkoušek hlavně pro hematopoetické neoplázie (Berkova et al., 2009). Závěrem moje studie zdůrazňuje, že CD74 by mohl být potenciálním markerem prognózy a léčby pacientů s astrocytomem. Hlav

Abstract:

This study revealed similarities and differences in gene expression levels between grades II-IV AS subtypes by comparing their gene expression levels to those of normal brain samples, especially between grade II and grade IV astrocytoma. I have identified genes that were exclusively expressed in each of the AS subtype. Pathway analysis of differentially expressed genes in each AS subtype revealed important cancer-relevant signaling processes. Furthermore, I may have identified an alternative signaling pathway (to the canonical SMAD-mediated) TGF-beta signaling pathway in GBM. Literature review of the genes identified in this study revealed that many of these genes were implicated in glioma pathogenesis and other cancers. This study confirmed existing findings and shed a new light on some important genes and molecular processes that will improve our understanding of glioma biology. However, an integrated study involving much larger cohort augmented with methylation, whole genome and gene expression data from both tumor and normal brain samples will provide a greater understanding of glioma development and aid in personalized therapy. I believe these findings will provide new insights into mechanisms involving pathogenesis of glioma and provide a valuable resource for future studies. One of the important observations that I made in the gene expression analysis of astrocytoma grades II-IV, is the overexpression of collagen types COL1A1 and COL6A1, and DDR1 in all astrocytoma subtypes. There has been an increasing evidence describing the importance of interaction between collagen and its receptors, in particular DDR1, in various cancers including brain tumours. This data suggests a possible co-expression of collagen and DDR1 in astrocytoma samples, especially in GBM, however an immunological study on co-expression of specific collagen type(s) and DDR1 using a large cohort of samples will confirm this observation. In this preliminary study on collagen and DDR1 expression, I found higher expression of DDR1 in GBM cases that also had higher expression of collagen indicating that collagen may modulate the expression of DDR1 expression which supports to this proposed model of collagen mediated activation of DDR1. Also, higher DDR1 expression in primary GBM compared to secondary GBM further supports the idea of its participation in primary GBM progression. I consider that this model deserves to be a subject for further studies in patients with GBM. Currently I am collaborating with a group at the University of Birmingham to Summary 72 investigate the expression of specific collagen and DDR1 protein expression in a larger sample cohort of tumour and normal cases which will enable us to understand the interaction between collagen and DDR1 and also the role of collagen and DDR1 in the pathogenesis of glioma. CD74 is a cell membrane receptor for macrophage migration inhibitory factor (MIF) and a potential therapeutic target. CD74 is a non-polymorphic type II integral membrane protein (Shi et al., 2006). It functions as an MHC-II chaperone and participates in the trafficking of MHC-II molecules in antigen-presenting cells (Borghese and Clanchy, 2011) and also shown to express independently of MHC-II and can bind to non-MHC-II proteins (Ogrinc et al., 1993, Henne et al., 1995). The binding of MIF to the extracellular domain of CD74 is necessary as an initial step for the MIF signaling cascade (Shi et al., 2006). MIF have been shown to signal upstream of cytokines via receptor binding in CD74-dependent pathways (Calandra and Roger, 2003, Leng et al., 2003). The pro-inflammatory cytokine MIF and its receptor CD74 (Leng et al., 2003) are associated with tumor vascularization (Binsky et al., 2007, Liu et al., 2008, McClelland et al., 2009) and the promotion of neoplastic cell proliferation and survival via ERK1/2-MAPK (extracellular signal-regulated protein kinases 1/2 and mitogen-activated protein kinase) pathway (McClelland et al., 2009, Otters

Keywords

astrocytom II., III., IV, glioblastom, nádorové mikroprostředí, resistance na léčbu, exprese genu, CD74, DDR1

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 6. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 31. 8. 2017

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Pathological Anatomy and Forensic Medicine / Pathological Anatomy and Forensic Medicine