Centrosome amplification in Multiple Myeloma: pathogenetic and clinical impact

Elena Vladimirovna Kryukova, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Východiska: Amplifikace centrozomů (CA) byly detekovány u všech stádií monoklonálních gamapatií. Předpokládá se, že CA představují jeden z mechanismů, který vede k chromozomální nestabilitě u plazmatických buněk (PB) mnohočetného myelomu (MM). Metody: Celkem bylo do studie zahrnuto 173 pacientů. K hodnocení centrozomových amplifikací u PB a B buněk bylo použito imunofluorescenční barvení centrinu. Dále byly na PB provedeny interfázní FISH spolu s barvením cytoplazmatických lehkých imunoglobulinových řetězců, qRT-PCR a genové expresní profilování (GEP). Výsledky: Analyzovali jsme CA jako možný marker mitotických abnormalit u PB a posoudili jsme jejich asociaci se známými prognostickými faktory, jako jsou chromozomální abnormality. Prokázali jsme přítomnost CA u B buněk MM pacientů. Pomocí imunofluorescenčního barvení jsme ukázali, že CA jsou přítomny v B buňkách, a to v 3,2±2,5 % u zdravých dárců vs. 9,9±7,9 % u MM pacientů (p < 0,0001). Předpokládáme, že CA mohou být použity k identifikaci abnormálních subpopulací B buněk, které zřejmě představují rezervoár klonogenních buněk u MM. Na základě výsledků imunofluorescenčního barvení byly studováni pacienti rozděleni do dvou skupin: CA-pozitivní (38,2 %) a CA-negativní (61,8 %). Nebyl nalezen žádný významný rozdíl u CA-pozitivních a CA-negativních pacientů, pokud jde o přítomnost nebo absenci vybraných chromozomálních aberací, jako je del(13)(q14), del(17)(p13), zisk(1)(q21) a hyperdiploidie. Nicméně, byla prokázána asociace mezi přítomností CA v B buňkách a hyperdiploidii v PB pomocí Fisherova exaktního testu (p = 0,025). Naše výsledky ukazují na lepší prognózu u CA-pozitivních nově diagnostikovaných MM pacientů. Mezi nově diagnostikovanými pacienty bylo prokázáno horší celkové přežití v CA-negativní skupině ve srovnání s CA-pozitivní skupinou (p = 0,019). Abychom určili molekulární heterogenitu genů spojených s centrozomy u MM pacientů, provedli jsme analýzu genové exprese se zaměřením na geny spojené s centrozomy. Identifikovali jsme skupinu genů, které mají vliv na patogenezi MM. Poté jsme MM pacienty rozdělili do tří skupin podle tendence jejich exprese. Zjištěný molekulární profil souvisí jak s celkovým přežitím, tak i s klinickými parametry pacientů a mezinárodním klasifikačním systémem ISS. Asociace se základními klinickými parametry nám umožňuje prokázat vliv objevené funkční sady genů na vznik MM. Závěr:Výsledky prezentované studie ukazují nejen na patofyziologický ale i na klinický význam CA. Centrozomové amplifikace, stejně jako geny spojené s centrozomy, mají potenciál být využity jako geneticky podmíněný prognostický marker, který umožňuje rozdělit pacienty s MM do skupin s různou prognózou.

Abstract:

Background: Centrosome amplification (CA) has been detected in all stages of monoclonal gammopathies. CA is supposed to be one of the mechanisms leading to chromosomal instability in multiple myeloma (MM) plasma cells (PCs). Methods: A total of 173 patients were evaluated for this study. Immunofluorescent labeling of centrin was used for evaluation of centrosome amplification in PCs and B-cells. Interphase FISH with cytoplasmic immunoglobulin light chain staining, qRT-PCR and GEP were performed on PCs. Results: We have examined CA as possible marker of PC mitotic abnormality and assess their association with established prognostic factors, such as chromosomal abnormalities. It was shown existence of B-cells with CA in MM patients. Using immunofluorescent staining, it was shown that CA in B-cells is present in 3.2±2.5% in healthy donors versus 9.9±7.9% in MM patients (p < 0.0001).We assume that CA can be used to identify abnormal subpopulations of B-cells, possibly representing a reservoir of clonogenic cells in MM. Based on the immunofluorescent staining results, all patients were divided into two groups: CA positive (38.2%) and CA negative (61.8%). There was no significant difference between CA-positive and CA-negative patients regarding the presence or absence of selected chromosomal aberrations, including del(13)(q14), del(17)(p13), gain(1)(q21), and hyperdiploidy. However, an association of CA in B cells with PC hyperdiploidy was demonstrated using Fisher’s exact test (p = 0.025). Our findings indicate better prognosis for CA positive newly diagnosed patients. Among the newly diagnosed patients, worse overall survival was indicated in the CA negative group in comparison to the CA positive group (P = 0.019). We performed gene expression profiling focusing on centrosome-related genes to determine the molecular heterogeneity for centrosome associated genes in patients with MM. We identified the gene pattern with an impact on myeloma pathogenesis. According to expression tendency, three subgroups of patients were established. The revealed molecular signature is related to overall survival as well as to clinical parameters and the International Staging System. Associations with integral clinical parameters allow us to proclaim the impact of the revealed functional gene set in MM genesis. Conclusions: Results of presented study showed not only pathophysiological but clinical impact of CA as well. The role of centrosome amplification as well as centrosome related genes are potential for determination a genetic based prognostic marker, which allows to substratify MM patients into groups with divergent prognosis.

Keywords

multiple myeloma, centrosome amplification, plasma cells, B cells, centrosome- associated genes, overall survival, mnohočetný myelom, centrozomové amplifikace, plazmatické buňky, B buňky, geny asociované s centrozomy, celkové přežití

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 6. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 12. 9. 2013
• Supervisor: prof. MUDr. Roman Hájek, CSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Oncology (4-years) / Oncology