Entwicklung und Validierung einer miRNA-Signatur zur Charakterisierung des Invasionspotentials von Harnblasentumoren

Abstract

Bladder cancer (BC) represents a prevalent malignancy characterized by heterogeneous biological behavior. The differentiation between non-muscle-invasive bladder cancer (NMIBC) and muscle-invasive bladder cancer (MIBC) is critical for therapeutic decision-making and prognostic assessment. MicroRNAs (miRNAs), small non-coding RNAs, regulate gene expression and hold potential as biomarkers for tumor progression. This dissertation aimed to develop and validate a miRNA expression signature for classifying the invasive potential of bladder tumors, specifically to distinguish NMIBC from MIBC and to stratify progression risk in pT1 high-grade carcinomas. Tissue specimens from patients with NMIBC and MIBC, alongside T24, J82, and RT112 cell lines, were analyzed. MiRNA expression was quantified via quantitative polymerase chain reaction (qPCR). Functional assays, including BrdU proliferation, Transwell migration, and invasion assays, were conducted to assess the biological impact of miRNAs on proliferation, migration, and invasion. Bioinformatic analyses, encompassing receiver operating characteristic (ROC) curves and principal component analysis (PCA), were utilized to validate diagnostic accuracy and establish cut-off values. Differentially expressed miRNAs—miR-138-5p, miR-146b-5p, miR-155-5p, and miR-200a-3p—were identified between NMIBC and MIBC, demonstrating significant correlations with tumor stage and grade. Functional assays revealed that overexpression of miR-200a-3p and miR-155-5p modulated proliferation, migration, and invasion in BC cell lines. The miRNA signature achieved high discriminatory accuracy between NMIBC and MIBC. Defined cut-off values for individual miRNAs enabled prediction of progression risk in pT1 high-grade tumors. The established miRNA signature emerges as a promising biomarker for differentiating NMIBC from MIBC and stratifying risk in pT1 high-grade tumors. This signature may enhance clinical decision-making and serve as a foundation for prospective investigations.

Harnblasenkrebs (BC) stellt eine häufige maligne Tumorerkrankung mit heterogenem biologischen Verhalten dar. Die Unterscheidung zwischen nicht-muskelinvasivem (NMIBC) und muskelinvasivem (MIBC) Harnblasenkrebs ist essenziell für die therapeutische Strategie und prognostische Einschätzung. MicroRNAs (miRNAs) sind kleine nicht-kodierende RNAs; sie regulieren posttranskriptional die Genexpression und könnten als Biomarker für die Tumorprogression fungieren. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Validierung einer miRNA-Expressionssignatur zur Klassifikation des Invasionspotentials von Harnblasentumoren, insbesondere zur Differenzierung zwischen NMIBC und MIBC sowie zur Risikostratifizierung hinsichtlich des Progressions- bzw. Invasionspotenzials von pT1 high-grade Tumoren. Gewebeproben von Patienten mit NMIBC und MIBC sowie die Zelllinien T24, J82 und RT112 wurden untersucht. Die miRNA-Expression wurde mittels quantitativer Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) analysiert. Funktionelle Assays (BrdU-Proliferationstest, Transwell-Migrations- und Invasionsassay) wurden eingesetzt, um die biologischen Effekte der miRNAs auf Proliferation, Migration und Invasion zu evaluieren. Bioinformatische Ansätze, Receiver-Operating-Characteristic-(ROC)-Analysen und Hauptkomponentenanalysen (PCA) dienten der Validierung, der diagnostischen Präzision und der Festlegung von Schwellenwerten. Die differenziell exprimierten miRNAs miR-138-5p, miR-146b-5p, miR-155-5p und miR-200a-3p wurden zwischen NMIBC und MIBC identifiziert und korrelierten signifikant mit Tumorstadium und Differenzierungsgrad. Funktionelle Untersuchungen zeigten, dass die Überexpression von miR-200a-3p und miR-155-5p die Proliferation, Migration und Invasion in BC-Zelllinien modulierte. Die miRNA-Signatur ermöglichte eine hochpräzise Klassifikation von NMIBC und MIBC. Schwellenwerte der einzelnen miRNAs wurden definiert, um das Progressionsrisiko bei pT1 high grade Tumoren vorherzusagen. Die etablierte miRNA-Signatur erweist sich als potenzieller Biomarker zur Unterscheidung zwischen NMIBC und MIBC sowie zur Risikoabstufung bei pT1 high grade Tumoren. Diese Signatur könnte die klinische Entscheidungsfindung optimieren und die Basis für prospektive Studien darstellen.