MicroRNA-Expression von primären Plattenepithelkarzinomen der Lunge in Abhängigkeit vom histologischen Grading

Abstract

Hintergründe: MicroRNAs sind einsträngige, kurze, nicht (für ein Protein) kodierende Ribonukleinsäuren, welche die Proteintranslation regulieren. Sie sind dadurch in der Lage in eine Vielzahl von molekularbiologischen als auch -pathologischen Prozessen einzugreifen. Im Hinblick auf maligne Erkrankungen konnte für zahlreiche Karzinome eine aberrante microRNA-Expression im Vergleich zu tumorfreiem Gewebe nachgewiesen werden. In nicht kleinzelligen Bronchialkarzinomen sind sie durch Dysregulation ihrer Zielproteine an Entstehung, Progression und Metastasierung beteiligt. Für das pulmonale Adenokarzinom konnte zudem ein Zusammenhang zwischen einer aberranten microRNA-Expression und der Tumordifferenzierung nachgewiesen werden. Ziel dieser Arbeit war es, zu überprüfen, ob sich für das primäre Plattenepithelkarzinom der Lunge ein Zusammenhang zwischen der Dysregulation bestimmter microRNAs und der Tumordifferenzierung sowie weiteren klinischpathologischen Parametern ergibt. Material und Methoden: Insgesamt wurden N = 45 Patienten, bei denen ein primäres Plattenepithelkarzinom der Lunge reseziert wurde, pseudonymisiert in diese Studie eingeschlossen. Die für die Diagnostik verwendeten und asservierten Schnittpräparate wurden erneut mikroskopiert. Die histopathologischen Befunde wurden, wenn nötig, entsprechend der zum Zeitpunkt dieser Arbeit gültigen TNM-Klassifikation (8. aktualisierte Auflage, 2020) aktualisiert. Zudem wurde der Differenzierungsgrad (sogenanntes „Grading“) der Plattenepithelkarzinome anhand zweier unterschiedlicher Schemata ermittelt: Neben dem bislang in der pathologischen Routinediagnostik angewandten Schema, das im Wesentlichen die Zell- und Zellkernmorphologie bewertet, wurde ein neueres Schema eingesetzt, welches anhand der Phänomene „tumor budding“ und „tumor nesting“ das Wachstumsmuster der Plattenepithelkarzinome an der Invasionsfront beurteilt. Nach RNA-Extraktion aus kryoasservierten, gepaarten Tumor- und Lungenproben wurden mittels Microarray-Analyse (N = 2550 microRNAs) an einer kleineren, zufällig ausgewählten Subgruppe (N = 18) die microRNA-Expressionsunterschiede zwischen Lungen- und Tumorgewebe untersucht. Für neun der dysregulierten microRNAs, welche nach Literaturrecherche in verschiedenen Karzinomen mit Tumorinvasion und -metastasierung assoziiert sind, wurde die Expression mittels quantitativer Polymerasekettenreaktion am Gesamtkollektiv analysiert. Ergebnisse: In der Microarray-Analyse ließen sich insgesamt 79 differenziell exprimierte microRNAs nachweisen. In der nachfolgenden Polymerasekettenreaktion konnte für acht microRNAs eine Hoch- (miR-31-5p, miR-205-5p, und miR-210-3p) beziehungsweise Herabregulation (miR-126-3p, miR-144-3p, miR-338-3p und miR-375-3p) bestätigt werden. Für miR-574-5p ließ sich eine Dysregulation nicht bestätigen. Pulmonale Plattenepithelkarzinome mit histologischem Nachweis einer Hämangiosis carcinomatosa zeigten eine signifikant niedrige Expression von miR-126-3p. Zudem ergab sich für das neuere Grading-System mittels der Phänomene „tumor budding“ und „tumor nesting“ an der Invasionsfront ein signifikanter negativer Zusammenhang zwischen einer Expression von miR-338-3p und miR-126-3p und der Tumordifferenzierung. Für die weiteren klinisch-pathologischen Parameter konnte am untersuchten Kollektiv kein signifikanter Zusammenhang mit der microRNA-Expression nachgewiesen werden. Schlussfolgerung: Die Phänomene „tumor budding“ und „tumor nesting“ gelten als morphologisch erfassbare Korrelate der sogenannten epithelialen-mesenchymalen Transition. Die damit bezeichnete Lösung von Karzinomzellen aus dem Zellverband und Akquirierung mesenchymaler Eigenschaften gilt als wesentlicher Bestandteil der Invasion und Metastasierung. Die Ergebnisse zeigen an einem Kollektiv resezierter Plattenepithelkarzinomen der Lunge, dass die Herabregulation von miR-338-3p und miR-126-3p unabhängig von Tumorstadium, Alter und Geschlecht der Patienten mit einer prognostisch ungünstigen Differenzierung der Plattenepithelkarzinome und für miR-126-3p zusätzlich mit einer Hämangiosis carcinomatosa assoziiert ist. So scheinen diese microRNAs, als Suppressoren der epithelialen mesenchymalen Transition, die Tumorinvasion und -metastasierung zu beeinflussen. Ihre Herabregulation im Vergleich zum Normalgewebe stellt somit einen weiteren, einfach messbaren prognostischen Faktor und gegebenenfalls einen potenziellen Therapieansatz dar.

Background: MicroRNAs are single-stranded, short, non-coding ribonucleic acids that regulate protein translation. Therefore, they are able to control a multitude of molecular biological and pathological processes. Regarding malignant diseases, aberrant microRNA expression is known for many carcinomas. For non-small cell lung cancer they are involved in cancer initiation, progression, and metastasis through dysregulation of their target proteins. In addition, a connection between dysregulated microRNA expression and tumor differentiation could be demonstrated for pulmonary adenocarcinomas. The aim of this work was to check whether there is a connection between the expression of certain microRNAs and tumor differentiation or other clinical-pathological parameters in primary squamous cell carcinomas of the lung. Material and methods: A total of N = 45 patients with a resected primary squamous cell carcinoma of the lung were included in this study. The preserved specimens, which were used for diagnostics, were again microscopically evaluated. The histopathological findings were updated in accordance with the latest TNM classification (8th updated edition, 2020) if necessary. In addition, the degree of differentiation (so-called grading) was recorded using two different grading schemes: in addition to the grading scheme used at the time of initial diagnosis, a newer scheme was also used. This grading scheme assesses the tumor growth pattern at the invasion front by quantifying the phenomena of “tumor budding” and “tumor nesting”. After RNA extraction from paired tumor and tumor free lung tissue, microRNA expression was investigated by microarray analysis (N = 2550 microRNAs) on a smaller, randomly selected subgroup (N = 18). Nine of the dysregulated microRNAs, which are associated with tumor invasion and metastasis according to literature research were analyzed by quantitative polymerase chain reaction in the overall collective. Results: In the microarray analysis, a total of 79 differentially expressed microRNAs could be detected. In the subsequent polymerase chain reaction, the downregulation (miR-31-5p, miR-205-5p, and miR-210-3p) or upregulation (miR-126-3p, miR-144-3p, miR-338-3p and miR-375-3p) was confirmed for eight microRNAs. For miR-574-5p, dysregulation was not proven. Primary squamous cell carcinomas of the lung with histological evidence of blood vessel invasion showed a significantly lower expression of miR-126-3p. In addition, a significant correlation between downregulation of miR-338-3p and miR-126-3p and lower tumor differentiation was found for the new grading system using "tumor budding" and "tumor nesting". For the other clinico-pathological parameters, no significant connection with microRNA expression could be demonstrated. Conclusion: The phenomena of "tumor budding" and "tumor nesting" are regarded as morphological correlates of the so-called epithelial-mesenchymal transition. This molecularpathological process, which describes detachment of an individual carcinoma cell out of the cell group and the acquisition of mesenchymal properties, is considered an essential part of invasion and metastasis. The results of the presented study show in a group of resected specimens that the downregulation of miR-338-3p and miR-126-3p is associated with a poorer prognostic tumor grade of squamous cell carcinomas regardless of tumor stage, age and sex of the patients. Downregulation of miR-126-3p is also associated with blood vessel invasion. Thus, these microRNAs, as suppressors of the epithelial mesenchymal transition, might be able to inhibit tumor invasion and metastasis. Therefore, their underexpression is an easily measurable prognostic factor and possibly a potential therapeutic approach.