Glioblastoma: Genomic and Epigenomic Characterization and Biomarker Identification

Abstract

Estima-se que existam 250.000 a 300.000 diagnósticos anuais de tumores cerebrais e do sistema nervosa central em todo o mundo. O glioblastoma é a forma mais agressiva e comum de tumor astrocítico difuso, representando mais de 60% de todos os cancros cerebrais em adultos e permanecendo incurável, com um tempo médio de sobrevivência de 15 meses após o diagnóstico. Surge de uma combinação de alterações genéticas e epigenéticas adquiridas em diferentes genes e vias de sinalização, apresentando uma significativa heterogeneidade intra e inter-tumoral. Os últimos anos trouxeram uma maior compreensão destes processos carcinogénicos, permitindo a identificação de alterações genómicas e epigenómicas recorrentes que contribuem para o desenvolvimento e progressão do cancro, bem como a estratificação dos doentes de acordo com subgrupos que se correlacionam com vários parâmetros clínicos. O principal objetivo deste estudo é a caracterização citogenómica concomitante do glioblastoma utilizando dados do TCGA, de uma coorte Portuguesa e de uma linha celular comercial de glioblastoma, a U87, através da comparação vertical dos resultados de uma pipeline in silico e técnicas de laboratório. A coorte TCGA foi caracterizada através da bioinformática, enquanto que para a coorte Portuguesa e a linha celular U87 foram utilizadas as técnicas de aCGH, MS-MLPA, citogenética convencional e molecular. O segundo objetivo foi a análise da utilização de cfDNA obtido através de biópsia líquida da coorte Portuguesa como um biomarcador de prognóstico e progressão do glioblastoma, uma vez que o caráter não invasivo desta técnica tem vantagens claras em termos de permitir a repetição da análise durante o curso da doença. Os resultados das técnicas mostraram vários biomarcadores de glioblastoma bem conhecidos, tais como amplificações no cromossoma 7/7q, onde se encontra o oncogene EGFR, e deleções no cromossoma 10/10q, localização do gene supressor tumoral PTEN, validando a utilização da bioinformática, simultaneamente com técnicas laboratoriais, na identificação de novas regiões e genes de interesse. Os resultados preliminares da biópsia líquida mostram que a concentração plasmática de cfDNA é substancialmente maior para os doentes do que para os controlos. Isto indica que existe ctDNA que passa a barreira hemato-encefálica para a corrente sanguínea periférica, sendo esta uma área promissora para o diagnóstico e acompanhamento do glioblastoma.

There are an estimated 250,000 to 300,000 annual diagnoses for brain and nervous system tumors worldwide. Glioblastoma is the most aggressive and common form of diffuse astrocytic tumor in adults, accounting for over 60% of all adult brain cancers and remaining incurable, with a mean survival time of 15 months after diagnosis. It arises from a combination of acquired genetic and epigenetic alterations in different genes and molecular pathways, presenting significant intra- and inter-tumoral heterogeneity. The last few years have brought a greater understanding of these tumorigenic processes, opening the door to the identification of recurring genomic and epigenomic alterations that contribute to cancer development and progression and enabling a greater stratification of patients according to subgroupings that correlate with various clinical parameters. The primary aim of this study is the concomitant cytogenomic characterization of glioblastoma using data from TCGA database, a Portuguese patient cohort and a commercial glioblastoma cell line, U87, through a vertical comparison of results from an in house in silico pipeline and wet lab techniques. The TCGA cohort was characterized through bioinformatics, while for the LCG cohort and the U87 cell line array-Comparative Genomic Hybridization (aCGH) and Methylation-Specific Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MS-MLPA) were used. This was supplemented in the cell line with conventional and molecular cytogenetics. The secondary aim is the analysis of the viability of using the quantification of cfDNA obtained through liquid biopsy from the Portuguese cohort as a prognosis and progression biomarker for glioblastoma, as the non-invasiveness of this technique has obvious advantages in terms of repeatability during disease course. Results of the various techniques showed several shared well-known glioblastoma biomarkers, such as amplifications in chromosome 7/7q, where the EGFR oncogene is found, and deletions in chromosome 10/10q, location of the PTEN tumor suppressing gene. This validates the use of bioinformatics side-by-side with complementary wet lab techniques in identifying novel regions and genes of potential interest. Preliminary liquid biopsy results showed that mean cfDNA plasma concentration was substantially higher for patients’ pre-maximum safe recession surgery than for controls. This indicates that there is ctDNA that passes to the wider bloodstream through the blood-brain barrier and is accessible, making this a promising area to be further explored in glioblastoma diagnosis and follow-up.