© Borgis - Postępy Nauk Medycznych 10/2012, s. 752-757
*Mariola Wyględowska-Kania1, Joanna Gola2, Anna Fila-Daniłow3, Dominika Wcisło-Dziadecka4, Ligia Brzezińska-Wcisło1, Urszula Mazurek2
Badania molekularne nieczerniakowych nowotworów skóry
Molecular studies of non-melanoma skin cancers
1Katedra i Klinika Dermatologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach
Kierownik Katedry i Kliniki: prof. dr hab. med. Ligia Brzezińska-Wcisło
2Katedra i Zakład Biologii Molekularnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach
Kierownik Katedry: prof. dr hab. med. Urszula Mazurek
3Katedra i Zakład Genetyki Medycznej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach
Kierownik Katedry: prof. dr hab. med. Jan Kowalski
4Katedra Kosmetologii, Zakład Badań Strukturalnych Skóry Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach
Kierownik Katedry: dr hab. Krzysztof Jasik
Streszczenie
Wstęp. Różnicowanie rogowiaka kolczystokomórkowego (KA) od raka kolczystokomórkowego (SCC) oraz raka podstawnokomórkowego (BCC) w niektórych przypadkach może być problematyczne. Prowadzone badania molekularne mają na celu wytypowanie diagnostycznych i prognostycznych markerów uzupełniających diagnostykę kliniczną oraz wyznaczenie nowych celów terapeutycznych. Metaloproteinazy (MMPs) odgrywają istotną rolę w progresji i metastazie nowotworów. Ich aktywność katalityczna jest hamowana przez ich tkankowe inhibitory (TIMPs). Ze względu na duże znaczenie MMPs są przedmiotem coraz większej liczby badań klinicznych, także w dermatologii.
Materiał i metody. Materiałem do badań były wycinki z centrum guzów BCC, SCC i KA oraz skóry prawidłowej. Tkanki poddano ekstrakcji RNA i przeprowadzono analizę transkryptomów techniką ekspresyjnych mikromacierzy oligonukleotydowych HGU133A (Affymetrix).
Wyniki. Wykazano znaczne podobieństwo molekularne KA do raków kolczystokomórkowych. Grupa raków podstawnokomórkowych wykazała heterogenność z podziałem na dwie podgrupy o zróżnicowanej liczbie kopii mRNA genu MMP10 i MMP2. Transkrypty genu kodującego MMP1 wykazywały znaczne zwiększenie stężenia we wszystkich badanych grupach w odniesieniu do kontroli.
Wnioski. Wzrost liczby kopii mRNA genu kodującego MMP10 oraz spadek MMP2 mogą kandydować do miana markera prognostycznego u chorych z BCC. Potencjalnym uniwersalnym celem terapii molekularnie ukierunkowanej w leczeniu nieczerniakowych raków skóry jest gen kodujący metaloproteinazę 1.
Summary
Introduction. Differentiation of keratoacanthoma (KA) from squamous cell carcinoma (SCC) and basal cell carcinoma (BCC) in some cases may be problematic. Molecular studies are conducted to assign the additional diagnostic and prognostic markers and to appoint new therapeutic targets. Metalloproteinases (MMPs) play an important role in tumour progression and metastasis. Their catalytic activity is inhibited by their tissue inhibitors (TIMPs). Because of the importance of metalloproteinases many trials are conducted, including dermatological studies.
Materials and methods. Tissue samples were obtained from the centre area of BCC, SCC and KA tumours. Transcriptomes of studied samples were appointed with the use expression oligonucletide microarray technique.
Results. Keratoacanthoma demonstrated considerable molecular similarity to SCC. The group of BCC showed heterogeneity and was divided into two subgroups characterized by different mRNA copy numbers of the MMP10 and MMP2 genes. The transcripts of the gene MMP1 showed a significant increase in all studied groups comparing to controls.
Conclusions. The increase of MMP10 and decrease of MMP2 mRNA copies could become prognostic markers in patients with cutaneous basal cell carcinoma. Universal potential therapeutic target in non-melanoma skin lesions is metalloproteinase 1 gene.
WSTĘP
Wśród diagnozowanych nieczerniakowych raków skóry najczęściej występują rak podstawnokomórkowy (ang. basal cell carcinoma – BCC) i rak kolczystokomórkowy (ang. carcinoma spinocellularae – SCC). BCC charakteryzuje się niskim stopniem złośliwości histologicznej i klinicznej, powolnym wzrostem oraz bardzo rzadkim przerzutowaniem (1, 2). Klinicznie zmiany są wysoce zróżnicowane i mogą mieć charakter powierzchowny, bliznowaciejący, barwnikowy, twardzinopodobny, guzkowy i wrzodziejący (3, 4). SCC wywodzi się z komórek naskórka i powstaje na podłożu stanów przedrakowych. Odznacza się szybką dynamiką wzrostu i tworzeniem przerzutów. Rogowiak kolczystokomórkowy skóry (ang. keratoacanthoma – KA) jest zmianą o cechach rozrostu rzekomonowotworowego (5, 6). W większości przypadków ma przebieg łagodny, wykazując tendencję do samoistnej regresji. W niektórych przypadkach może jednak wykazywać cechy kliniczne i histologiczne typowe dla raka kolczystokomórkowego (obserwacje własne). Istnieje zatem wiele kontrowersji, czy zaliczyć rogowiaka kolczystokomórkowego do zmian o charakterze łagodnym, czy w niektórych przypadkach do wczesnej fazy raka kolczystokomórkowego (7-10).
Połączenie analizy cech fenotypowych różnicujących nieczerniakowe raki skóry z analizą molekularną zwiększa precyzję diagnostyki klinicznej, a także umożliwia poznanie zmian i zależności zachodzących w komórkach nowotworowych, dając szansę wdrożenia celowanego leczenia – często nazywanego terapią molekularnie ukierunkowaną. W ostatnich latach opublikowano dużo prac, w których opisywane są spektakularne wyniki badań przedklinicznych i klinicznych otwierające nowe możliwości leczenia nowotworów, uwzględniające heterogenność zmian nowotworowych, definiowaną na podstawie wyników analizy molekularnej (11, 12). Połączenie leczenia blokującego różne cele molekularne z terapią cytotoksyczną jest jedną z nowszych strategii leczenia przeciwnowotworowego. Badania molekularne nieczerniakowych nowotworów skóry mają na celu wytypowanie diagnostycznych i prognostycznych markerów uzupełniających diagnostykę kliniczną oraz potencjalnych celów terapeutycznych (13-15).
Pośród wielu genów zaangażowanych w rozwój i progresję nowotworów istotną rolę odgrywają geny kodujące metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej (ang. matrix metalloproteinases – MMPs) (16-17). MMPs są to enzymy proteolityczne warunkujące przebudowę macierzy zewnątrzkomórkowej, jak również modulujące dostępność i aktywność cytokin, czynników wzrostu oraz ich receptorów (18). Poprzez swój wpływ na strukturę macierzy zewnątrzkomórkowej MMPs uczestniczą w progresji i metastazie nowotworów. Aktywność metaloproteinaz jest kontrolowana zarówno na poziomie ekspresji genów (czynniki epigenetyczne, mikro-RNA czy interferencyjny RNA), jak i na poziomie aktywności enzymatycznej, która jest modulowana przez tkankowe inhibitory metaloproteinaz – TIMPs (ang. tissue inhibitors of metalloproteinases) (18). Zachowanie równowagi pomiędzy MMPs i TIMPs pełni istotną rolę w utrzymaniu homeostazy. Na przykład liczne badania wykazały, że MMP9 działa głównie jako promotor inwazji nowotworu i tworzenia przerzutów, natomiast TIMP-1 jest inhibitorem aktywności proteolitycznej metaloproteinaz, hamując progresję nowotworu (19). Ze względu na duże znaczenie, MMPs są przedmiotem coraz większej liczby badań klinicznych. Terapeutyczne zastosowanie inhibitorów metaloproteinaz może pomóc w leczeniu wielu chorób, w których obserwuje się znaczne zmiany na poziomie MMPs (20).
Celem tej pracy była ocena stopnia zróżnicowania molekularnego nieczerniakowych nowotworów skóry oraz wyznaczenie profilu stężeń mRNA MMPs i TIMPs i wytypowanie mRNA, które mogą stanowić uzupełnienie diagnostyki klinicznej zmian nieczerniakowych skóry lub potencjalny cel terapeutyczny w terapii przeciwnowotworowej.
MATERIAŁ I METODY
Badaniem objęto grupę 16 chorych – 9 kobiet i 7 mężczyzn, w wieku od 61-92 lat (74,3 ± 10,4) diagnozowanych i leczonych w Klinice i Katedrze Dermatologii SUM w Katowicach. Na podstawie obrazu klinicznego i wyniku badania patomorfologicznego w siedmiu przypadkach rozpoznano raka podstawnokomórkowego, w sześciu rogowiaka kolczystokomórkowego oraz w trzech przypadkach raka kolczystokomórkowego. Od chorych pobrano wycinki do oceny patomorfologicznej i molekularnej z centrum guza oraz marginesów zdrowych tkanek. Tkanki pobrane z marginesów, w których nie stwierdzono komórek nowotworowych, zostały zakwalifikowane jako materiał porównawczy (kontrole). Na badania uzyskano zgodę Komisji Bioetycznej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego (KNW-6501-86/08).
Analiza molekularna
Z wycinków wyizolowano całkowity RNA z zastosowaniem odczynnika TRIZOL (Invitrogen Life Technologies, Kalifornia, USA), zgodnie z protokołem producenta. Ekstrakty całkowitego RNA zostały oczyszczone z wykorzystaniem zestawu RNeasy Mini Kit (Qiagen Gmbh, Niemcy), a następnie poddane ocenie ilościowej i jakościowej (21). Transkryptomy badanych guzów zostały wyznaczone techniką mikromacierzy oligonukleotydowych HGU-133A (Affymetrix Inc., Kalifornia, USA), z zastosowaniem skanera GeneArray Scanner G2500A (Agilent Technologies, Kalifornia, USA) (21). Analizę statystyczną rozpoczęto od normalizacji metodą RMA (ang. Robust Multi-array Average) polegającej na przekształceniu logarytmicznym wartości sygnału fluorescencji dla każdego transkryptu (log2) w programie RMA Express (http://rmaexpress.bmbolstad.com). Następnie przeprowadzono grupowanie transkryptomów na podstawie zbliżonych wartości znormalizowanych sygnałów fluorescencji metodą aglomeracji hierarchicznej za pomocą programu Statistica v 8.0 (StatSoft, Tulsa, Oklahoma, USA) i analizy głównych składowych – PCA (ang. Principal Component Analysis) za pomocą platformy Gene Spring 12.0 (Agilent Technologies Inc., Kalifornia, USA). Geny różnicujące badane grupy wycinków od skóry prawidłowej wyznaczono z wykorzystaniem platformy Gene Spring 12.0, przy założeniu, że istotność statystyczna p < 0,05, a wielokrotność różnicy FC ≥ 3,0 (FC – ang. fold change).
WYNIKI
Część eksperymentalną pracy wykonano w 2 etapach. W pierwszym etapie oceniono zgodność grupowania wycinków na podstawie kryteriów molekularnych, obrazów klinicznych i wyników histopatologicznych. W drugim etapie przeprowadzono analizę porównawczą transkryptomów genów kodujących MMPs i TIMPs oraz wytypowano mRNA, które mogłyby stanowić uzupełniający marker diagnostyczny i cel terapeutyczny w nieczerniakowych nowotworach skóry.
Ocena zgodności grupowania chorych na podstawie analizy klinicznej, histopatologicznej i molekularnej
Sygnały fluorescencji 20 transkryptomów (6 KA, 3 SCC, 7 BCC oraz 4 kontroli) znormalizowano metodą RMA. Na podstawie grupowania analizowanych wycinków przeprowadzonego techniką aglomeracji hierarchicznej metodą średnich połączeń ważonych z zastosowaniem odległości euklidesowych oraz na podstawie analizy głównych składowych (PCA) wyłoniono następujące grupy badane: I-BCC (wycinki nr 3, 16, 55), II-BCC (81, 59, 41, 65), KA i SCC (95, 96, 63, 6, 5, 9, 13, 69, 57), K (90, 86, 30, 64) (ryc. 1). W celu wytypowania markerów różnicujących zmiany KA od SCC wyodrębniono je jako osobne grupy badane.
Ryc. 1. Wynik grupowania hierarchicznego metodą średnich połączeń ważonych z odległością euklidesową transkryptów (22283 ID mRNA) wycinków skóry zakwalifikowanych do analizy porównawczej. W kolejności od lewej: grupa BCC II, grupa BCC I, grupa kontrolna, grupa KA + SCC.
Typowanie genów różnicujących nieczerniakowe nowotwory skóry
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Archontaki M, Korkolis DP, Arnoglannaki N et al.: Giant Basal cell carcinoma: clinicopathological analysis of 51 cases and review of the literature. Anticancer Res 2009; 29(7): 2655-2663.
2. Roewert-Huber J, Lange-Asschenfeldt B, Stockfleth E et al.: Epidemiology and aetiology of basal cell carcinoma. Br J Dermatol 2007; 157: 47-51.
3. Buljan M, Bulat V, Situm M et al.: Variations in clinical presentation of basal cell carcinoma. Acta Clin Croat 2008; 47(1): 25-30.
4. Van der Geer S, Ostertag JU, Krekels GA: Treatment of basal cell carcinomas in patients with nevoid basal cell carcinoma syndrome. J Eur Acad Dermatol Venereol 2009; 23(3): 308-313.
5. Pattee SF, Silvis N: Keratoacanthoma developing in sites of previous trauma: A report of two cases and review of the literature. J Am Acad Dermatol 2003; 48(2): 35-38.
6. Ramos LM, Cardoso SV, Loyola AM et al.: Keratoacanthoma of the interior lip: review and report of case with spontaneous regression. J Appl Oral Sci 2009; 17(3): 262-265.
7. Beham A, Regauer S, Soyer HP et al.: Keratoacanthoma: a clinically distinct variant of well differentiated squamous cell carcinoma. Adv Anat Pathol 1998; 5(5): 269-280.
8. Narbutt J, Słowik-Rylska M, Joss-Wichman E et al.: Molekularne podstawy rozwoju niemelanocytowych raków skóry. Prz Dermatol 2007; 94(6): 677-682.
9. Perez-Ordonez B, Beauchemin M, Jordan RC: Molecular biology of squamous cell carcinoma of the head and Neck. J Clin Pathol 2006; 59(5): 445-453.
10. Southey MC, Young MA, Whitty J et al.: Molecular pathologic analysis enhances the diagnosis and management of Muir- -Torre syndrome and gives insight into its underlying molecular pathogenesis. Am J Surg Pathol 2001; 25(7): 936-941.
11. Krawczyk P, Czekajska-Chehab E, Wojas-Krawczyk K et al.: Molekularne terapie celowane w niedrobnokomórkowym raku płuca. Forum Medycyny Rodzinnej 2009; 3(1): 16-26.
12. Wojtukiewicz MZ, Sierko E: Leczenie celowane u chorych na raka jelita grubego. Onkologia w praktyce klinicznej 2007; 3(6): 286-297.
13. Bock VL, Lyons JG, Huang XX et al.: BRM and BRG1 subunits of the SWI/SNF chromatin remodelling complex are downregulated upon progression of benign skin lesions into invasive tumours. Br J Dermatol 2011; 164(6): 1221-1227.
14. Van Haren R, Feldman D, Sinha AA: Systematic comparison of nonmelanoma skin cancer microarray datasets reveals lack of consensus genes. Br J Dermatol 2009; 161(6): 1278-1287.
15. Harradine KA, Ridd K, Saunier EF et al.: Elevated cutaneous Smad activation associates with enhanced skin tumor susceptibility in organ transplant recipients. Clin Cancer Res 2009; 15(16): 5101-5107.
16. Kwiatkowski P, Godlewski J, Śliwińska-Jewsiewicka A et al.: Rola metaloproteinaz macierzy zewnątrzkomórkowej w procesie inwazji nowotworu. Pol Ann Med 2008; 15(1): 43-50.
17. Łapka A, Drąg J, Goździalska A et al.: Metaloproteinazy macierzy pozakomórkowej w glejakach. Post Psychiatr Neurol 2008; 17(3): 207-211.
18. Bogaczewicz J, Sysa-Jędrzejowska A, Woźniacka A: Rola metaloproteinaz macierzy w pierwotnych układowych zapaleniach naczyń. Pol Merk Lek 2008; 24: 85-89.
19. Łukaszewicz-Zając M, Mroczko B, Szmitkowski M: Znaczenie metaloproteinaz oraz ich inhibitorów w raku żołądka. Postepy Hig Med Dosw 2009; 63: 258-265.
20. Hayashi R, Jin X, Cook GR: Synthesis and Evaluation of Novel Heterocyclic MMP Inhibitors. Bioorg Med Chem Lett 2007; 17(24): 6864-6870.
21. Gola J, Wyględowska-Kania M, Kruszniewska-Rais C et al.: TNF-induced signalization in differentiation of keratoacanthoma from basocellular skin carcinoma. Farm Przegl Nauk 2011; 8(2): 14-20.
22. Lee W, Black J, Alberg AJ: Non-melanoma skin cancer and the risk of second primary cancers: A systematic review. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2010; 19(7): 1686-1695.
23. Kessenbrock K, Plaks V, Werb Z: Matrix Metalloproteinases: Regulators of the Tumor Microenvironment. Cell 2010; 141: 52-67.
24. Zlatarova ZI, Softova EB, Dokova KG et al.: Expression of matrix metalloproteinase-1, -9, -13, and tissue inhibitor of metalloproteinases-1 in basal cell carcinomas of the eyelid. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2012; 250(3): 425-431.
25. Włodarkiewicz A, Sobjanek M, Michajłowski M et al.: Strategie molekularne w leczeniu raków skóry. Przegl Dermatol 2012; 99: 120-124.
26. Cribier B, Noacco G, Peltre B et al.: Expression of stromelysin 3 in basal cell carcinomas. Eur J Dermatol 2001; 11(6): 530-533.
27. Dumas V, Kanitakis J, Charvat S et al.: Expression of basement membrane antigens and matrix metalloproteinases 2 and 9 in cutaneous basal and squamous cell carcinomas. Anticancer Res 1999; 19(4B): 2929-2938.
28. Justilien V, Regala RP, Tseng I et al.: Matrix Metalloproteinase-10 Is Required for Lung Cancer Stem Cell Maintenance, Tumor Initiation and Metastatic Potential. PLoS ONE 2012; 7(4) e35040: 1-12.
