Krátké nekódující RNA jako diagnostické biomarkery u nádorů mozku

Mgr. Alena Kopková, Ph.D.

Doctoral thesis

Small non-coding RNAs as diagnostic biomarkers in brain tumors

Abstract:

Ačkoliv se nádory centrální nervové soustavy (CNS) neřadí mezi nejčastější nádorová onemocnění, jejich incidence stále roste. Tato skupina nádorů má bohužel velmi špatnou prognózu. Volba správné terapie závisí na včasné a přesné diagnóze. Diagnostické možnosti u mozkových nádorů jsou však často omezeny jejich lokalizací a značnou heterogenitou nádoru. Z těchto důvodů jsou stále hledány nové diagnostické přístupy a biomarkery, které by byly dostatečně robustní, citlivé a specifické a pro jejichž analýzu by nebyla nutná biopsie. Mozkomíšní mok (CSF) je v přímém kontaktu se strukturami CNS, a proto představuje vhodný biologický materiál, který by mohl být zdrojem biomarkerů, jež reflektují aktuální stav CNS. Slibnými biomarkery se v tomto případě zdají být krátké nekódující RNA, zejména mikroRNA (miRNA). Cirkulující miRNA jsou velmi stabilní a byly detekovány již téměř ve všech tělních tekutinách včetně CSF. Metodické přístupy analýzy miRNA v CSF však zatím nebyly dostatečně standardizovány. Cílem teto práce bylo najít specifické miRNA s rozdílnými hladinami v CSF u různých typů nádorů mozku, které by mohli pomoci zpřesnit jejich diagnostiku. Nejdříve bylo nutné optimalizovat a standardizovat jednotlivé kroky analytického procesu. S využitím sekvenování nové generace (NGS) pak byly identifikovány miRNA s diagnostickým potenciálem u pacientů s nádory mozku (glioblastomy, nízkostupňové gliomy, meningiomy, mozkové metastázy). Tyto miRNA byly následně validovány na nezávislé kohortě pacientů. Na základě výsledků validace bylo vytvořeno diagnostické skóre pro každý typ nádoru, které po detekci hladin pouhých 5 miRNA (miR-30e, miR-140, let 7b, miR-10a and miR-21-3p) v CSF umožnilo rozlišit mozkové nádory od zdravých jedinců i jednotlivé nádory mezi sebou. Výsledky teto práce zdokonalují možnosti detekce nádorů v CNS s možným přesahem využití v klinické praxi.

Abstract:

Central nervous system (CNS) malignancies are not considered as the most common cancer; however, their incidence is continuously increasing. This group of tumors has a very poor prognosis, which can be improved by selection of an appropriate therapy based on early and accurate diagnosis. Diagnostic approaches for brain tumors are limited by their localization and heterogeneity. Therefore, new diagnostic approaches and biomarkers that are sufficiently robust, sensitive, specific, and do not require biopsy are still being searched. Cerebrospinal fluid (CSF) is in direct contact with CNS structures and represents a suitable biological material with potential to be a source of biomarkers reflecting the current condition of the CNS. Small non-coding RNAs, especially microRNAs (miRNAs), seem to be promising biomarkers in this case. Circulating miRNAs are very stable and have been detected in almost all body fluids, including CSF. Methodological approaches for miRNA analysis in CSF are not fully standardized yet. Aim of this work was to find specific miRNAs with different levels in CSF in brain tumors, which could help to improve their diagnosis. First, we optimized and standardized the individual steps of the analytical process. Second, we determined miRNAs with diagnostic potential in brain tumor patients (glioblastomas, low-grade gliomas, meningiomas, brain metastases) using next generation sequencing (NGS). These miRNAs were subsequently validated in an independent cohort of patients. Based on the validation results, a diagnostic score was proposed for each tumor type that after detecting the levels of only 5 miRNAs (miR-30e, miR-140, let-7b, miR-10a and miR-21-3p) in CSF allowed to distinguish not only tumors from healthy individuals, but also the type tumors from each other. Results of this work broaden the portfolio of diagnostic methods for brain tumor patients with possible use in clinical diagnostic praxis.

Keywords

nádory mozku, glioblastom, meningeom, mozkové metastázy, mikroRNA, PIWI-interagující RNA, biomarkery, mozkomíšní mok, brain tumors, glioblastoma, meningioma, brain metastases, microRNA, PIWI-interacting RNAs, biomarkers, cerebrospinal fluid

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 24. 11. 2023
• Supervisor: prof. RNDr. Ondřej Slabý, Ph.D.
• Reader: doc. MUDr. Igor Kiss, Ph.D., doc. RNDr. Miroslava Rabajdová, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry / Biochemistry