Význam kmeňových buniek v patogenéze spinocelulárneho karcinómu ústnej dutiny

MUDr. Michal KRUMP

Doctoral thesis

Significance of stem cells in pathogenesis of oral squamous cell carcinoma

Abstract:

Celosvetovo patria spinocelulárne karcinómy dutiny ústnej (OSCC) medzi 10 najčastejšie sa vyskytujúcich malignít. K hlavným rizikovým faktorom OSCC patrí abúzus alkoholu, tabaku a betelu. Rast a reparácia tkanív závisí na malej subpopulácii kmeňových buniek, ktorých základnou charakteristikou je schopnosť sebaobnovy a produkcie tzv. TA progenitorov (TA; transit amplifying), z ktorých vznikajú diferencované bunky. Prítomnosť týchto bunkových typov vyskytujúcich sa aj v malígnych nádoroch je základom pre koncept nádorových kmeňových buniek. Bolo zistené, že rovnako ako epitelové kmeňové bunky produkujú aj malígne bunky in vitro rozpoznateľne odlišné kolónie buniek nazývané holoklony. Tieto kolónie buniek vykazujú schopnosť sebaobnovy a pri ďalšom delení vytvárajú bunky exprimujúce markery diferencovaných buniek. V súvislosti s identifikáciou a izoláciou týchto nádorových buniek bolo zistené, že vykazujú vysoké hodnoty expresie určitých molekúl, ako napr. E-kadherínu, ?-katenínu, CD44 a iné. Cieľom dizertačnej práce bolo imunohistochemicky detekovať expresiu vybraných potenciálnych markerov nádorových kmeňových buniek (CD44, E-kadherín) vo vzorkách spinocelulárneho karcinómu dutiny ústnej a štatisticky analyzovať expresiu týchto molekúl vo vzťahu k anatomickej lokalizácii, diferenciácii a objemu tumoru (pT). Do štúdie boli zahrnuté histopatologické vzorky diagnostickej excízie a resekátu spinocelulárneho karcinómu dutiny ústnej získané od 34 pacientov. Všetky vzorky boli na základe sledovaných údajov rozdelené do nasledujúcich skupín: A. anatomická lokalizácia tumoru (spodina dutiny ústnej / jazyk / gingíva / iné - zahŕňa oblasť tvrdého podnebia, tonzily, oro- a nazofaryngu), B. diferenciácia tumoru (G1 / G2-3), C. objem tumoru-pT štádium (pT1-2 / pT3-4). Detekcia expresie CD44 a E-kadherínu bola vykonaná imunohistochemicky pomocou špecifických protilátok a vyhodnotená prostredníctvom H-skóre. V každej skupine boli hodnoty H-skóre rozdelené do dvoch nasledujúcich skupín: negatívna expresia: H-skóre = 0; pozitívna expresia: H-skóre > 0. Pri porovnávaní vzoriek anatomickej lokalizácie (skupina A) preukázal Fisherov presný test s Bonferroniho korekciou signifikantne vyšší podiel vzoriek s pozitivitou CD44 u lokality ?spodina dutiny ústnej? (84,6 %, P=0,003) a lokality ?iné? (100 %, P=0,003) v porovnaní s lokalitou ?jazyk? (0 %). Ďalej pri porovnávaní vzoriek skupiny C bola zistená signifikantná závislosť medzi objemom tumoru (pT štádiom) a pozitivitou (>0)/negativitou (=0) CD44, pričom pozitivita korelovala s pT1-2 (P=0,022). Medzi expresiou E-kadherínu, prípadne CD44 a diferenciáciou tumoru nebola zistená žiadna štatisticky signifikantná závislosť. Výsledky dizertačnej práce naznačujú, že v pokročilejších nádoroch dochádza k zníženiu expresie štandartnej izoformy CD44. Výsledky ďalej odhalili regionálne rozdiely v expresii CD44 so signifikantne nižšou expresiou u tumorov jazyka v porovnaní s tumormi z ostatných anatomických lokalít dutiny ústnej. OSCC tvoria skupinu nádorov vychádzajúcich zo štrukturálne odlišných oblastí dutiny ústnej. Vzhľadom k tomu je dôležité, aby boli tieto regionálne rozdiely zohľadnené pri hodnotení prognostického významu CD44 u tejto heterogénnej skupiny nádorov.

Abstract:

Oral squamous cell carcinomas (OSCC) are part of 10 the most common malignancies worldwide. Alcohol, tabacco and betel use are considered to be the major risk factors for OSCC. Tissue growth and reparation depends on a small subset of stem cells that share ability of self-renewal and production TA (transit-amplifying) progenitors which ultimately commit to terminal differentiation. The concept of cancer stem cells is based on the presence of these cells in malignant tumours. It has been reported that cancer cells, analogous to epithelial stem cells, form colonies with holoclone morphologies in vitro. These cells both possess the ability of self-renewal and produce the cells that express the differentiation markers. With regard to the identification and isolation of these cancer cells it has been reported that they show consistently higher levels of expression of stem-cell related molecules such as E-cadherin, ?-catenin, CD44 and others. The aim of the dissertation thesis was to investigate the expression of potential markers of cancer stem cells (CD44, E-cadherin) in OSCC tumour specimens and statistically analyse this expression in relation to the anatomic location, differentiation and pT stage of tumours. Histopathological specimens of OSCC from 34 patients were included into the study. The samples were classified by observed data in the groups: A. anatomic location of tumour (floor of the mouth / tongue / gingiva / other - included hard palate, tonsils, naso- and oropharynx); B. tumour differentiation (G1 / G2-3), C. pT stage of tumour (pT1-2 / pT3-4). The expression of CD44 and E-cadherin was detected by immunohistochemistry with specific antibodies and analysed using H-score. The H-score values were divided into groups: negative expression: H-score = 0; positive expression: H-score > 0. Fischer's exact test with a Bonferroni correction revealed statistically significantly decreased expression in tongue tumour group (0%) when compared with that of the floor of the mouth (84,6%; P=0,003) and other group (100%; P=0,003). When compared specimens in group C statistically significant association between pT stage and positivity/negativity of CD44 was observed. CD44 positivity correlates with pT1-2 (P= 0,022). While comparing tumour differentiation, no statistically significant differences in CD44 and E-cadherin expression were observed. The results indicate the reduced CD44 expression in advanced pT stages of tumours. Moreover, the CD44 expression is strongly reduced in squamous cell carcinomas of the tongue when compared with other areas of the oral cavity. OSCC represent a tumour group, in which tumours arising from structurally different oral areas. This should therefore lead to take different areas into consideration when analysing prognostic value of CD44 in this heterogenous tumour group.

Keywords

spinocelulárny karcinóm dutiny ústnej, nádorové kmeňové bunky, imunohistochémia, CD44, E-kadherín, anatomická lokalizácia, diferenciácia tumoru, pT štádium

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2013

Accessible from:: 10. 5. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 19. 6. 2013

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Medicine and Dentistry

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