Στοιχεία επταμελούς επιτροπής:
Μαρία Ρουμπελάκη, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Αριστείδης Ηλιόπουλος, Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Ευστάθιος Καστρίτης, Καθηγητής, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠΑ
Ιερώνυμος Ζωιδάκης, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Βιολογίας, ΕΚΠΑ
Παναγιώτης Πολίτης, Ερευνητής Β', Τμήμα Βασικής Έρευνας, ΙΙΒΕΑΑ
Μαρία Γαζούλη, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Ιατρική Σχολή, ΕΚΠA
Ελένη Κατσαντώνη, Ερευνήτρια Γ', Τμήμα Βασικής Έρευνας, ΙΙΒΕΑΑ
Περίληψη:
Οι μοριακοί υπότυποι μιας ασθένειας συχνά συσχετίζονται με διαφορές ως προς την επιβίωση ή πρόοδο της νόσου και άλλοτε ως προς την απόκριση σε συγκεκριμένη θεραπεία. Την τελευταία δεκαετία, μελέτες μοριακής ταξινόμησης του ουροθηλιακού καρκίνου εστιάζουν κυρίως στον διηθητικό τύπο της ασθένειας (~20% των ασθένων στην αρχική διάγνωση) ο οποίος χαρακτηρίζεται από υψηλό κίνδυνο για μετάσταση και χαμηλά ποσοστά πενταετούς επιβίωσης. Οι παραπάνω μελέτες επέτρεψαν την ταυτοποιήση πολλαπλών γενομικών και μεταγραφικών υποτύπων οι οποίοι διαφέρουν ριζικά ως προς το μοριακό τους προφίλ, σχηματίζοντας δύο μεγάλες κατηγορίες: τους basal και τους luminal όγκους. Οι πρώτοι φαίνεται να σχετίζονται με πιο επιθετικούς καρκίνους εμπερικλείοντας όμως ένα σημαντικό ποσοστό ασθενών που ανταποκρίνονται στο βασικό χημειοθεραπευτικό σχήμα. Οι δέυτεροι (luminal) αρχικά προσδιορίστηκαν ως λιγότερο επιθετικοί, επόμενες μελέτες όμως αποκάλυψαν την σημαντική μοριακή ετερογένεια που τους χαρακτηρίζει και που αντανακλάται σε κλινικές παραμέτρους. Σήμερα, πιστέυεται ότι ο διηθητικός καρκίνος της ουροδόχου κύστης ταξινομείται σε 6 βασικούς υποτύπους, αλλά τα δεδομένα που υπάρχουν για να υποστηρίξουν την ένταξη των υποτύπων στην κλινική πράξη είναι ατελή και δεν συμφωνούν μεταξύ τους. Από την άλλη, ο μη διηθητικός τύπος της ασθενεις (~80% των περιπτώσεων στην αρχική διάγνωση) χαρακτηρίζεται από υψηλά ποσοστά υποτροπής και προόδου σε ανώτερο στάδιο καθώς και από σημαντικό δημόσιο οικονομικό κόστος εξαιτίας της αυξημένης συχνότητας παρακολούθησης που απαιτεί. Το μοριακό προφίλ του μη-διηθητικού καρκίνου έχει μελετηθεί σημαντικά λιγότερο από αυτό του διηθητικού, και μέχρι σήμερα υπάρχουν δύο μελέτες που επιχειρούν την ταξινόμησή του σε μοριακούς υποτύπους: η πρώτη στη βάση του μεταγραφώματος, η δέυτερη στη βάση της διακύμνασης αριθμού αντιγράφων. Το πρωτεομικό προφίλ όμως, τόσο του διηθητικού όσο και του μη-διηθητικού καρκίνου της ουροδόχου κύστης, μέχρι και σήμερα έχει μελετηθεί υποτυπωδώς. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση της ύπαρξης πρωτεομικών υποτύπων του μη διηθητικού ουροθηλιακού καρκίνου, ο μοριακός χαρακτηρισμός τους, η σχέση τους με προηγούμενα συστήματα ταξινόμησης, καθώς και η ταυτοποίηση απορυθμισμένων πρωτεϊνών και μονοπατιών με δυνητική προγνωστική αξία. Για την εξυπηρέτηση του παραπάνω σκοπού, 117 δείγματα καρκινικού ιστού από ασθενείς που πρωτοδιαγνώσθηκαν με ουροθηλιακό καρκίνο (98 μη-διηθητικό, 19 διηθητικό) συλλέχθησαν και το ολικό πρωτέομά τους απομονώθηκε και αρχικά ποσοτικοποιήθηκε με τη μέθοδο Bradford. Κατόπιν διάσπασης με θρυψίνη, τα πεπτίδια διαχωρίστηκαν σε χρωματογραφική στήλη συνδεδεμένη με φασματογράφο μάζας τύπου Orbitrap. Οι φασματικές πληροφορίες για τα πεπτίδια αναλύθηκαν με το πρόγραμμα Proteome Discoverer θέτοντας FDR (False Discovery Rate) <0.01 και αντιστοιχήθηκαν σε πρωτεινικές ταυτότητες. Η πρωτεϊνική ποσοτικοποίηση έγινε με τη χρήση των τριών πιο άφθονων και μοναδικών πεπτιδίων ανά πρωτεΐνη, ενώ κατόπιν επεξεργασίας τα πρωτεομικά δεδομένα υποβλήθηκαν σε μια σειρά από υπολογιστικές αναλύσεις: μη επιτηρούμενη k-means συσταδοποίηση, ανάλυση κύριων συνιστωσών, ανάλυση για στατιστική σημαντικόντητα πρωτεϊνών, πρωτεϊνικών μονοπατιών, βιολογικών λειτουργιών και γονιδιακής έκφρασης καθώς και στην μοντελοιποίηση ενός μοριακού ταξινομητή Radnom Forest. Μέγιστη σταθερότητα συσταδοποίησης επιτεύχηκε για κ = 3 ομάδες, υποδηλώνοντας την ύπαρξη τριών πρωτεομικών υποτύπων στα δεδομένα. Η ομάδα 1 ήταν η μικρότερη σε μέγεθος (17/98), περιείχε κυρίως καρκίνους υψηλού σταδίου, αλλοίωσης και ρίσκου και παρουσίασε ένα μοριακό φαινότυπο ανοσοδιήθησης με υψηλά επιπέδα των μεταγραφικών παραγόντων STAT1, STAT3 και SND1, καθώς και πρωτεϊνων της αντιγονοπαρουσίασης, υποδηλώνοντας ενεργή ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ του ανοσοποιητικού και των καρκινικών κυττάρων. Παράλληλα, χαρακτηρίζονταν απο υψηλότερες ποσότητες πρωτεϊνών που συμμετέχουν στο κυτταρικό κύκλο, και στη μετάδοση στρεσογόνων σημάτων (αντίδραση μη αναδιπλωμένης πρωτεϊνης και επιδιόρθωση βλαβών του DNA). Η όμαδα 2 συγκέντρωσε ασθενείς με ποικίλα κλινικά χαρακτηριστικά που όμως έφεραν κοινώς, αυξημένες ποσότητες εξωκυττάριων πρωτεϊνών (στρώματος), και χαμηλά επιθηλιακά σήματα. Οι ασθενείς στην ομάδα 3 παρουσίασαν έναν πιο διαφοροποιημένο μοριακό φαινότυπο με υψηλότερα επίπεδα (UPKs και KRT20 κάθως και CDH1) που συμβαδίζει με τα κλινικά χαρακτηριστικά τους αφού οι περισσότεροι διαγιγνώσθηκαν με καρκίνους χαμηλού σταδίου και κινδύνου. Η ανάλυση για ενεργοποιημένα πρωτεϊνικά μονοπάτια έδειξε ότι οι ασθενείς της ομάδας 1 έιχαν ενεργή σηματοδότηση για βιοσυνθετικές διεργασίες, για ιντερφερόνη-γ, και αυξημένη δραστηριότητα των μεταγραφικών παραγόντων MYC και E2F, που ελέγχουν θετικά τον κυτταρικό κύκλο. Από την άλλη οι ασθνενείς της ομάδας 3 σχετίστηκαν με ενεργοποίηση μεταβολικών μονοπατιών όπως αυτό της αποτοξίνωσης μεσολαβούμενο από γλουταθειόνη καθώς και της γλυκογονόλυσης – γλυκόλυσης, αλλά και της απόπτωσης. Συγκρίνοντας το πρωτεομικό προφιλ των ασθένων με μη-διηθητικό καρκίνο με ασθενέις που είχαν διηθητικό καρκίνο χρησιμοποιώντας ανάλυση κύριων συνιστωσών, αποκαλύφθηκε κοντινή σχέση της ομάδας 1 με ασθενείς που έφεραν διηθητικό ουροθηλιακό καρκίνο και αντίστροφα, μακρινή σχέση της ομάδας 3 με τους τελευταίους. Η ομάδα 2 εμφάνισε μεγάλη διασπορά επικαλύπτοντας περιοχές των προηγούμενων δύο ομάδων. Για την επικύρωση των πρωτεομικών αποτελεσμάτων, δεδομένα από μεταγραφικές έρευνες (UROMOL και LUND) αναλύθηκαν αναδρομικά. Στην UROMOL έρευνα επίσης ταυτοποιήθηκαν 3 υπότυποι ο ένας εκ των οποίων συγκέντρωσε τους περισσότερους ασθενείς με πρόδοο σε ανώτερο στάδιο (κακής πρόγνωσης υπότυπος). Συγκριτική ανάλυση μεταξύ των τριών πρωτεομικών ομάδων και των τριών υποτύπων της UROMOL έρευνας με το στατιστικό εργαλείο GSEA, έδειξε στατιστικώς σημαντικές φαινοτυπικές ομοιότητες μεταξύ της πρωτεομικής ομάδας 1 και του υποτύπου «κακής» πρόγνωσης της UROMOL καθώς και μεταξύ της πρωτεομικής ομάδας 3 και του υποτύπου «καλής πρόγνωσης». Χρησιμοποιώντας έναν μη επιτηρούμενο μοριακό ταξινομητή Random Forest, οι υψηλού κινδύνου και χαμηλού κινδύνου φαινότυποι των πρωτεομικών ομάδων 1 και 3, επιβεβαιώθηκαν ύστερα από την ταξινόμηση των ασθενών στους υποτύπους «κακής» και «καλής» πρόγνωσης αντίστοιχα, της UROMOL έρευνας. Στατιστικώς σημαντικες πρωτεΐνες που ξεχωρίζουν αυτές τις δυο ακραίες πρωτεομικές ομάδες αλλά και ταυτόχρονα τον διηθητικό από τον μη διηθητικό καρκίνο βρέθηκαν να διαφέρουν σημαντικά και στο επίπεδο του μεταγραφώματος μεταξύ των ομάδων «κακής» και «καλής» πρόγνωσης σε δύο ανεξάρτητες έρευνες (UROMOL και LUND). Τα παραπάνω μόρια συμμετέχουν σε βιολογικές λειτουργίες-κλειδιά για την ανάπτυξη του μη-διηθητικού καρκίνου, όπως στην επαγωγή αποκρίσεων πρωτεϊνικής σταθερότητας, στη σηματοδότηση κυτοκινών και ιντερφερονών, στην αντιγονοπαρουσίαση, στην επεξεργασία πρώιμων mRNAs, σε μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις αλλά και σε μονοπάτια κυτταρικής αύξησης. Συνολικά, η παρούσα μελέτη ταυτοποιεί τρεις πρωτεομικούς υποτύπους του μη διηθητικού καρκίνου και ακολουθώντας μια σύγκριτική ανάλυση με δύο ανεξάρτητες μεταγραφικές έρευνες, παρέχει ομάδες μορίων που μπορεί να οδηγούν τη πρόοδο του καρκίνου και που χρειάζονται επιπλέον επικύρωση στη κλινική πράξη.
Λέξεις-κλειδιά:
Καρκίνος ουροδόχου, Μοριακή τυποποίηση, Πρωτεομική, Μεταγραφομική, Δίκτυα συνέκφρασης
