Identificación de nuevos biomarcadores para cáncer colorrectal metastásico: análisis genómico y metabólomico
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González Flores, EncarnaciónEditorial
Universidad de Granada
Departamento
Universidad de Granada. Programa de Doctorado en BiomedicinaMateria
Biomarcadores Cáncer colorrectal metastásico Biomarkers Metastatic colorectal cancer
Date
2021Fecha lectura
2021-07-19Referencia bibliográfica
González Flores, Encarnación. Identificación de nuevos biomarcadores para cáncer colorrectal metastásico: análisis genómico y metabólomico. Granada: Universidad de Granada, 2021. [http://hdl.handle.net/10481/70406]
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Tesis Univ. Granada.Abstract
El cáncer colorrectal (CCR) debe ser considerado como un auténtico problema de
salud pública tanto por su incidencia, es el tercer tumor más frecuente en el mundo
representando el 10 % del total de las neoplasias, como por su mortalidad que lo sitúa
como la segunda causa de muerte por cáncer. En España y considerando ambos
sexos, el CCR es el más tumor más frecuente superando en la actualidad al de mama
y pulmón.
A pesar de los importantes avances en el tratamiento del CCR en los últimos años y
de la mejora en su diagnóstico precoz, un número muy importante de pacientes, entre
un 20-25%, presentan enfermedad metastásica en el momento del diagnóstico y hasta
un 50% desarrollan metástasis a lo largo de la evolución de la enfermedad. Por tanto,
el diagnóstico precoz, así como el desarrollo de estrategias para determinar su
pronóstico y la eficacia de la terapia aplicada, es un campo prioritario en la
investigación oncológica.
En este contexto, el conocimiento cada vez más profundo de la etiopatogenia del
CCR, el carácter heterogéneo del mismo, y la demostración de que múltiples
alteraciones tanto genéticas como epigenéticas son capaces de alterar los mecanismos
de control de los procesos de proliferación , diferenciación y apoptosis celular, están
dando paso, no sólo al uso de nuevas dianas moleculares que permitan un tratamiento
más preciso y específico, sino a la determinación de nuevas biomoléculas, que usadas
como biomarcadores, puedan indicarnos la presencia, la evolución y/o la respuesta al
tratamiento de la enfermedad.
Los biomarcadores tumorales, entendidos como entidades biológicas que puede ser
detectadas en los diferentes medios orgánicos de pacientes con cáncer, son las
moléculas que están permitiendo el seguimiento de la enfermedad monitorizando sus
niveles, su diagnóstico (incluyendo métodos de screening poblacional), su pronóstico e
incluso, el seguimiento de la respuesta terapéutica. En la actualidad, existe un déficit
de marcadores precisos y sensibles para el cáncer en general y para el CCR en
particular. Así, son muchos los estudios que han investigado como biomarcador en
CCR, moléculas de DNA liberadas a sangre en procesos de apoptosis celular o paso
de células vivas al torrente circulatorio (CTSs). Los exosomas, pequeñas vesículas envueltas por una bicapa lípidica que están implicados en la transferencia de miRNAs,
ARMm y proteínas a una célula diana, también han sido propuestos como
biomarcadores de esta enfermedad. Incluso la presencia en el suero de pacientes con
CCR de determinadas proteínas ha sido analizada ampliamente, a pesar de lo cual,
sólo CEA y CA-19-9 siguen siendo clínicamente utilizadas, aunque adolecen de una
baja sensibilidad y especificidad. Múltiples estudios han sido también realizados para
determinar miRNA en pacientes con CCR que sean específicos para su diagnóstico o
pronóstico, pero sin resultados definitivos.
Entre las moléculas más ampliamente analizadas como biomarcadores de CCR se
encuentran la presencia de ARNm en sangre periférica. En este contexto, el ARNm
de moléculas relacionas con el proceso de la angiogénesis han cobrado un gran interés
en el CCR, habiéndose testado la sobreexpresión de moléculas como PTGS2 y
GUCY2C como marcadores de la enfermedad o de la presencia de metástasis ocultas
en pacientes con CCR. Por otra parte, la metabolómica, una disciplina que evalúa los
metabolitos endógenos producidos por el organismo, esta revolucionado el campo de
los biomarcadores para distintos tipos de patologías. Aplicada al cáncer, la
metabolómica ofrece una representación molecular del fenotipo tumoral que puede
servir para el diagnóstico, el pronóstico y la identificación de subgrupos relevantes
desde un punto de vista clínico. Las células tumorales adaptan su metabolismo a una
proliferación descontrolada que provoca alteraciones metabólicas que tiene su reflejo
en la aparición o la modulación de los niveles de metabolitos. En el CCR, algunos
metabolitos concretos (ácido betahidroxibutirato, cistamina, ácido aspártico, entre
otros) han sido propuestos para el diagnóstico de CCR tanto en sangre como en orina,
aunque la complejidad para detectarlos y su elevado coste hace necesarios más
esfuerzos de investigación para llevarlos a la práctica clínica.
En este contexto, nuestro trabajo ha tenido dos objetivos fundamentales: i) Por una
parte, realizar un estudio de la utilidad de genes intensamente relacionados con el
proceso de angiogénesis, fenómeno esencial en el crecimiento y la expansión
metastásica de un tumor, como nuevos biomarcadores de fácil detección en sangre
períferica o en suero de los pacientes con CCRm. Para ello hemos seleccionado cinco genes, GUCY2C, JAG1, PTGS2, PGF y MMP7, con demostrada relevancia en la
angiogénesis y hemos determinado los niveles de ARN circulante tanto en suero como
en células mononucleares de sangre periférica en un grupo de 59 pacientes con CCRm
enfrentados a un grupo de 47 controles sanos. La presencia de estos marcadores en
los fluidos biológicos fue realizada por una tecnología altamente sensible como es la
dPCR que permitiría un fácil desarrollo de su aplicación clínica en un corto plazo de
tiempo, mientras que el análisis del AUC se utilizó para estimar el valor predictivo de
los biomarcadores tanto de forma individual como en combinaciones (firma
biológica). ii) Por otra parte, hemos realizado un estudio para identificar
biomarcadores basados en la determinación de metabolitos en suero de pacientes de
CCRm que sea útil en el diagnóstico, pronóstico y seguimiento de estos pacientes.
En este caso y basándonos en técnicas de metabolómica no dirigida, se han analizado
los sueros de un grupo 65 pacientes con CCRm enfrentados a 60 controles sanos. Las
muestras fueron sometidas a estudios mediante cromatografía líquida de fase inversa
acoplada a espectrometría de masas de alta resolución (LC-HRMS), que nos permitió
obtener una matriz para comparar controles sanos con pacientes con CCR. Los
metabolitos obtenidos fuero analizados de forma individual y también en forma de
“clúster” con el objeto de obtener una posible huella biológica. Colorectal cancer (CRC) must be considered a real public health problem both
because of its incidence, it is the third most frequent tumour in the world,
representing 10% of all neoplasms, and because of its mortality, which places it as the
second leading cause of death from cancer. In Spain and considering both sexes, CRC
is the most frequent tumour, currently surpassing breast and lung tumours.
Despite the important advances in the treatment of CRC in recent years and the
improvement in its early diagnosis, a very important number of patients, between 20-
25%, present metastatic disease at the time of diagnosis and up to 50 % develop
metastases throughout the course of the disease. Therefore, the determination of the
metastatic stage of the disease at an early stage, as well as the development of strategies
to determine its prognosis and the effectiveness of the applied therapy, is a priority
field in cancer research.
In this context, the increasingly in-depth knowledge of the etiopathogenesis of CRC,
its heterogeneous nature, and the demonstration that multiple genetic and epigenetic
alterations are capable of altering the control mechanisms of proliferation,
differentiation and apoptosis cellular, are giving way, not only to the use of new
molecular targets that allow a more precise and specific treatment, but to the
determination of new biomolecules, which, used as biomarkers, can indicate the
presence, evolution and / or response to treatment of the illness.
Tumour biomarkers, understood as biological entities that can be detected in the
different organic environments of cancer patients, are the molecules that are allowing
the follow-up of the disease by monitoring its levels, its diagnosis (including
population screening methods), its prognosis and even the follow-up of the
therapeutic response. At present, there is a shortage of precise and sensitive markers
for cancer in general and for CRC in particular. Thus, there are many studies that have
investigated as a biomarker in CRC, DNA molecules released into the blood in
process of cellular apoptosis or passage of living cells into the circulatory stream
(circulating tumor cells or CTSs). Exosomes, small vesicles surrounded by a lipid
bilayer that are involved in the transfer of miRNAs, mRNAs and proteins to a target
cell, have also been proposed as biomarkers of this disease. Even the presence in the serum of patients with CRC of certain proteins has been extensively analyzed, despite
which, only CEA and CA-19-9 are still used clinically, although they suffer from low
sensitivity and specificity. Multiple studies have also been carried out to determine
microRNA in patients with CRC that are specific for their diagnosis or prognosis but
without definitive results.
Among the molecules most widely analysed as CRC biomarkers are the presence of
messenger RNA (mRNA) in peripheral blood. In this context, the mRNA of
molecules related to the angiogenesis process have gained great interest in CRC,
having tested the overexpression of molecules such as PTGS2 and GUCY2C as
markers of the disease or of the presence of hidden metastases in patients with CRC.
On the other hand, metabolomics, a discipline that evaluates the endogenous
metabolites produced by the body, has revolutionised the field of biomarkers for
different types of pathologies. Applied to cancer, metabolomics offers a molecular
representation of the tumour phenotype that can be used for diagnosis, prognosis,
and identification of clinically relevant subgroups. Tumour cells adapt their
metabolism to uncontrolled proliferation that causes metabolic alterations that are
reflected in the appearance or modulation of metabolite levels. In CRC, some specific
metabolites (beta-hydroxybutyrate acid, cystamine, aspartic acid, among others) have
been proposed for the diagnosis of CRC in both blood and urine, although the
complexity to detect them and their high cost require more research efforts to take
them into clinical practice.
In this context, our work has had two fundamental objectives: i) On the one hand, to
carry out a study that the utility of genes intensely related by the angiogenesis process,
an essential phenomenon in the growth and metastatic expansion of a tumor, as new
biomarkers easily detected in peripheral blood or serum of patients with metastatic
CRC. For this we have selected five genes, GUCY2C, JAG1, PTGS2, PGF and
MMP7, with demonstrated relevance in angiogenesis and we have determined the
levels of circulating RNA both in serum and in peripheral blood mononuclear cells in
a group of 59 patients with metastatic RCC faced with a group of 47 healthy controls.
The presence of these markers in biological fluids was carried out by a highly sensitive technology such as digital PCR (dPCR) that would allow an easy development of its
clinical application in a short period of time, whilst the analysis of the area under the
curve (AUC) was used to estimate the predictive value of biomarkers both individually
and in combinations (biological signature). ii) On the other hand, we have carried out
a study to identify biomarkers based on the determination of metabolites in the serum
of metastatic CRC patients that is useful in the diagnosis, prognosis and follow-up of
these patients. In this case, and based on undirected metabolomics techniques, the
sera of a group of 65 patients with metastatic CRC compared to 60 healthy controls
were analysed. The samples were subjected to studies by reverse phase liquid
chromatography coupled to high resolution mass spectrometry (LC-HRMS), which
allowed us to obtain a matrix to compare healthy controls with patients with CRC.
The metabolites obtained were analyzed individually and also in the form of a
"cluster" in order to obtain a possible biological trace.