Orthopedics, sport medicine, rheumatology, rehabilitation (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Ortelius classification: Physical medicine
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Ortelius classification: Molecular biology
Panel
Molecular and Structural Biology and Biochemistry
Department or equivalent
Buda Health Center
Starting date
2012-09-01
Closing date
2015-08-31
Funding (in million HUF)
14.886
FTE (full time equivalent)
2.40
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A vizsgálat célja – a jelenlegi szisztémás terápiás eszközökre rezisztens – gerinc chordoma transzkriptom profiljának meghatározása, komplex microarray vizsgálatok elvégzésével. Célunk, hogy olyan molekuláris kulcspontokat találjunk a chordoma kialakulásának folymatában, amelyek gyógyszerfejlesztési célpontként szerepelhetnek a jövőben illetve biomarkerként funkcionálva a betegség korai diagnosztikáját, prognózisbecslését teszik lehetővé. Humán, in vivo gén és mikroRNS expressziós vizsgálatokat fogunk végezni chordoma mintákból Agilent microarray plarformon, humán felnőtt és fetális nucleus pulposus (fiziológiás notochord származékok) szöveteket használva kontrollként. Az expressziós különbségek validálására real-time RT-PCR technikát fogunk alkalmazni. A transzkriptomikai adatok statisztikai feldolgozása hierarchikus klaszterezési és robosztus nem-paramtéresel járások alkalmazásával történik. Az eredmények bioinformatikai analízisét integratív eszközökkel fogjuk végezni (GeneSpring, Ingenuity Pathway Analízis) annak érdekében, hogy a chordomák onkogenezisének molekuláris kulcselemeit feltárjuk. A komparatív transzkriptom profilozás eredményével közelebb kerülünk a chordoma etiopathogenezisének feltárásához és a jövőbeni, eredményes szisztémás terápiás és diagnosztikai lehetőségek célzott fejlesztéséhez molekuláris célpontokat jelölhetünk ki.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A chordoma egy ritka gerincdaganat, mely leggyakrabban a keresztcsont és a clivus területén jelentkezik. Az általában alacsony malignitású tumor alattomosan, destruktív módon növekszik lokálisan, majd évek elteltével távoli áttéteket ad. A betegség kezelésében a jelenlegi szisztémás terápiás lehetőségek szerény eredménnyel járnak, az elmúlt évek növekvő számú tudományos eredményeinek ellenére a chordoma mai napig egy ismeretlen pathogenezisű daganatféleség maradt. A molekuláris onkogenezis ismeretének hiánya szignifikánsan gátolja a hatékony terápiás eszközök kutatását. Az ismeretlen chordoma specifikus molekuláris pathogenezis tisztázása, feltérképezése mérföldkőnek számítana a rosszindulatú kórkép jövőbeni terápiás lehetőségeinek fejlesztésében. A transzkriptomikai profilozás és az integratív bioinformatikai útvonal analízis korábban már bizonyítottan eredményesen alkalmazható tudományos eszközök a daganatos betegségek onkogenezisének kutatására. Tumoros és nem-tumoros notochordális származékok összehasonlító gén- és mikroRNS expressziós microarray vizsgálatával fogjuk feltérképezni a chordoma pathogenezisének molekuláris genetikai hátterét a következő kutatási célokkal. Elsődleges célkitűzés: a humán gerinc chordoma transzkriptomikai profilozása. Másodlagos célkitűzés: Molekuláris targetek azonosítása, amelyek a továbbiakban biomarkerként korai diagnosztikai eszközök kulcselemeiként, illetve új, hatékony szisztémás terápiás eszközök célpontjaiként funkcionálhatnak.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A chordoma egy ritka, alacsony malignitású csont tumor, amely az embrionális notochord maradványokból fejlődik ki és lassú, destruktív növekedés jellemzi. Az anatómiai régiótól és a definitív diagnózisig eltelt idő hosszától függően a chordomák nagy méretet is elérhetnek, neurológiai deficitet és rossz prognózist eredményezve. A lokális rekurrencia aránya 68% a chordomák esetében, ami a betegek életkilátásainak és életminőségének állandó hanyatlását is jelenti. A daganat en bloc rezekciója sokszor nagyon nagy sebészi kihívást jelent és gyakran nem valósítható meg a tumor lokalizáció illetve nagy primer tumorméret miatt. Az intralézionális rezekció azonban a lokális rekurrenciák és a szisztémás metasztázisok megjelenésének rizikóját drámaian emeli. Az elérhető szisztémás terápiás lehetőségek szerény eredményűek; a chordomák nagyfokú rezisztenciát mutatnak a jelenlegi kemoterápiás gyógyszerekkel szemben, míg a daganat besugarazása ellentmondásos klinikai eredményekkel jár. A daganat etiopathogenezise ismeretlen, alacsony számú tudományos adat található a chordoma molekuláris onkogenezisével kapcsolatban. A chordoma transzkriptomikai analízise tudományos bizonyítékkal szolgál a daganat pathogenezisével kapcsolatban, annak kulcselemei azonosíthatóvá válnak, amelyek biomarkerként korai diagnosztikai eszközök, illetve új, szisztémás terápiás lehetőségek fejlesztésének fókuszába kerülhetnek. Egy új korai diagnosztikai lehetőség és a hatékony szisztémás kezelési módszer kifejlesztésének klinikai jelentősége felbecsülhetetlen. Egy chordoma-specifikus biomarker segítségével a daganat korai stádiumban, késedelem nélkül diagnosztizálható. A prognosztikai értékkel bíró biomarker a betegség individuális prognózisának becslésében és a terápiás stratégia tervezésében jelentene nagy segítséget. A daganat hatékony neo-adjuváns kezelésével a sebészi rezekciót megelőzően a chordomák mérete redukálható lenne, a sebészi beavatkozás biztonságosságát növelve, a lokális kiújulás kockázatát mérsékelve. A chordomák adjuváns szisztémás kezelése a lokális recidívák illetve a távoli metasztázisok kialakulásának rizikóját csökkentenék hatékonyan, hosszútávú túlélést és jobb életminőséget eredményezve a betegcsoportban.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A chordoma egy ritka gerincdaganat, melynek terápiájában a jelenleg elérhető szisztémás kezelési lehetőségek (kemo-, sugárterápia) nem hatékonyak. A chordomák diagnosztizálásra legtöbb esetben már abban a stádiumban kerül sor, amikor a daganat nagy méretű, idegrendszeri károsodást okoz és kiterjedése miatt a sebészi eltávolítás már kockázatos, magas szövődményrátájú beavatkozás. A chordomák több mint 60%-ban kiújulnak, illetve évekkel az első daganat megjelenése után távoli áttétet adnak, a betegek életminőségét és életkilátásait nagy mértékben rontva. A tumor sebészi kezelésének előkészítésében, a kiújulás magas kockázatának csökkentésében és a távoli áttétek kialakulásának megelőzésében egy hatékony, szisztémás (kemo- vagy biológiai) terápia lehetőségének kiemelt jelentősége lenne, azonban az új terápiák kifejlesztését gátolja az, hogy a chordomák patogeneziséről nagyon kevés tudományos adat áll rendelkezésünkre. A tervezett tudományos kutatásunkban a chordomát microarray technikákkal vizsgáljuk. A daganat gén- és mikroRNS expressziójának feltérképezésével a chordoma-specifikus molekuláris onkogenezisről és annak finom szabályozásáról kapunk új információkat. Az új tudományos eredmények segítségével olyan molekuláris célpontokat tudunk majd kijelölni, amelyek felhasználásával új diagnosztikai eljárások fejleszthetők a betegség korai felismerésére és prognózisának becslésére (ún. biomarkerek). A molekuláris biológiai eredményeknek köszönhetően új, szisztémás terápiás eszközök, hatékony gyógyszerek kifejlesztésére nyílik lehetőség, amelyek segítségével a chordomás betegek gyógyítása eredményesebben végezhető a jövőben.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The aim of the study is to explore the transcriptome profile of the systemic therapy-resistant spinal chordoma performing complex microarray studies from human surgical samples. Human in vivo gene and miRNA expression studies on chordoma samples will be performed on an Agilent microarray platform using adult and fetal nucleus pulposus (normal notochordal derivates) as controls. Expression differences will be validated with quantitative real-time RT-PCR technique. Transcriptome expression data will be statistically analysed applying hierarchial clustering and robust non-parametric tests. Pathway analyses will be performed using an integrative bioinformatic approach (e.g. GeneSpring, Ingenuity Pathway Analysis) to identify the key molecular elements of the tumorgenesis in chordomas. Results of the comparative transcriptional profiling studies help us to understand the etiopathogenesis of spinal chordoma providing the chance to find new molecular targets for the future development of an effective systemic therapy and early diagnostic tools.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Chordoma is a rare spinal tumor most often arising in the sacrum, clivus and mobile spine. This type of low grade malignancies grows relentlessly and insidiously leading to metastatic spread over the years, and systemic treatment options have proved ineffective so far. Despite the growing evidence published in the last years, chordoma still remains one of the prototypical orphan cancers. The lack of the present knowledge about the mechanism of the molcular oncogenesis in chordoma strongly inhibits the possibility for the development of an effective systemic therapy. The elucidation of the unknown molecular pathogenesis would certainly be advantageous in the future management of this malignant disease. Transcriptomic profiling and integrative bioinformatic analyses are appropriate scientfic tools to explore the molcular oncogenesis in human chordoma identifying the key molecular elements of the tumor development which can be possible therapeutic targets. Comparative gene expression and microRNA expression microarray measurments and their validation studies will be performed on tumorous and non-tumorous notochordal derivates to achieve the following objectives. Primary objective: Determination of the transcriptional profile of human spinal chordoma. Secondary objective: Identification of new molecular targets for the development of early diagnostic tools (biomarkers) and effective systemic therapy.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Chordoma is a rare, low to intermediate grade, malignant bone tumor suggested to originate from notochordal remnants and characterized by a slow but destructive growth. Depending on the anatomic location, and the length of the definitive diagnosis, they often achieve a large size causing neurological deficit and poor prognosis. Recurrence rates up to 68% have been reported leading to a poor quality of life for the patients’. En bloc resection of the tumor is very challenging and often not achievable depending on the localization and size of the tumor. On the other hand intralesional procedures significantly increase the risk for local recurrence and systemic metastases in a later stage. To date, systemic treatment options are sparse with limited results; the chordoma has large resistance to chemotherapy and radiotherapy has limited and conflicting results. The etiopathogenesis of this tumor is unclear in most details, there are very limited data about the molecular oncogenesis of the chordoma. The complex transcriptional analyses of spinal chordoma can provide evidence on its molecular pathogenesis, key elements of the oncogenesis could be identified which can be the targets for the development of chemo- and/or biological therapeutic options as well as early diagnostic tools in this relentless disease. The clinical impact of the development of a new, early diagnostic tool as well as an effective systemic therapy based on the transcriptional results is invaluable. A chordoma specific biomarker can provide the possibility fot the diagnosis in an early stage. A biomarker with prognostic value can be used in the individual prognosis estimation and therapy planning. Neo-adjuvant therapy of large sacral chordomas would increase the possibility of en bloc resection and decrease the rate of local recurrence. Adjuvant therapy after surgical resection would significantly decrease the risk for local recurrence and systemic metastases increasing the survival and indirectly the life quality in this patient group.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Chordoma is a rare spinal tumor where the present options for systemic (chemo-, radio-) therapy are uneffective. Chordomas are often diagnosed in late stage when the tumor is large causing neurological deficit and its surgical en bloc resection is challenging and risky with high rate of complications Recurrence rate is more than 60% in chordomas and distant metastases can also appeared years after the primary tumor deteriorating the life quality and the survival of the patients. In the preparation of the surgical resection, in the decrease of risk for local recurrences, and in the prevention of the progression of distant metastases, an effective systemic (chemo- or biological-) therapeutic option would have important clinical value but the lack of the scientific data on the pathogenesis of chordoma inhibits the development of such a new therapy. In our scientific study we investigate the chordoma with microarray techniques. We get new information about the chordoma-specific oncogenesis and its fine-tuning by exploring the gene and microRNA expression of the tumor. Using the new scientific results we will be able to find molecular elements (biomarkers) for the development of new diagnostic tools for the early diagnosis and prognosis estimation. Due to the molecular biological results, new systemic therapeutic options, effective drugs would be developed in the future providing new possibilities for the treatment of the chordoma patients.
Final report
Results in Hungarian
A kutatás fő eredményeképpen kifejlesztésre került egy olyan, validált RNS izolálási protokoll, amely alkalmazásával a chordoma szövetmintákból megfelelően magas minőségű RNS nyerhető. Két különböző chordoma sejtvonalat sikerült megalapoznunk. Elvégeztük a brachyury génben elhelyezkedő rs2305089 kandidáns SNP genotipizálását és a brachyury immunhisztokémiai vizsgálatát szövettani blokkokból nyert mintákon és eredményeinket nemzetközi kutatócsoporthoz csatlakozva publikáltuk. Sikeresen elvégeztük a chordoma minták komparatív, új generációs mRNS szekvenálását és a nyers adatok bioinformatikai elemzését. A korábban publikált chordomára jellemző génexpressziós változások zömét vizsgálatunkban megerősítettük és számos új, az onkogenezisben feltéelezhető szereppel bíró gént/génclustert azonosítottunk. A transzkriptomikai módszerváltásnak köszönhetően a világon először végeztünk chordoma RNS szekvenálást, ami jóval mélyebb, többrétűbb bioinformatikai elemzésre ad lehetőséget. Az új generációs szekvenálási adatok nemcsak a klasszikus génexpressziós mintázat feltérképezésére és a kandidáns gének kiszűrése alkalmas, hanem lehetőséget nyújt mutáció analízisre és fúziós gének/géntermékek kimutatására is. A projekt eredményeként könyvelhető el az is, hogy eredményes, nemzetközi kapcsolatokkal is rendelkező hazai kutatókonzorcium jött létre. A projekt során felgyűlt klinikai tapasztalatokat is folyamatosan publikáltuk.
Results in English
As the main results of the project, a new, validated protocol was developed for the isolation of high quality RNA from chordoma samples. We established two new chordoma cell-lines. We genotyped the brachyury rs2305089 candidate SNP and performed an immunohistochemistry analysis on brachyury tissue expression. These results have been published within the framework of an international research consortium. The next generation mRNA sequencing method was succesfully applied onto the chordoma and nucleus pulposus samples and the first steps of the bioinformatic analysis of the raw data have been also performed. We confirmed the previously published gene expression data on our chordoma cohort and new genes and gene-clusters of interest have been discovered. Due to the change in the molecular method, we have performed the first next generation RNA sequencing (NGS) project on chordoma samples providing the possibility for a deeper and multilevel bioinformatic analyis. The NGS data are suitable not only for the classic gene expression profiling and the filtering of the candidate genes, but also for mutation analysis and detection of fusion genes/gene products. As a result of the project, an efficient, national research consortium with living international relationships has been formed. Scientific clinical data collected during the project have been also continuously published.
Varga PP, Szoverfi Z, Lazary A: Surgical resection and reconstruction after resection of tumors involving the sacropelvic region., NEUROL RES 36: (6) 588-596, 2014
Varga PP, Szoverfi Z, Lazary A: Surgical treatment of primary malignant tumors of the sacrum, NEUROL RES 36: (6) 577-87, 2014
A. Bozsodi Lazáry Áron, Papp Gergő, Sápi Zoltán, Varga Péter Pál: A Brachyury szerepe a chordoma onkogenezisében, Magyar Ortopédtársaság Kongresszusa, Sárvár, 2015
A.Bozsodi, P.P.Varga, Á.Lazáry: Molecular targets in chordoma, AO Spine Interdisciplinary Course of Spinal Tumors 2015, Valencia, Spain, 2015
Szövérfi Zsolt, Lazáry Áron, Varga Péter Pál: MŰTÉTI SZÖVŐDMÉNYEK KERESZTCSONTI CHORDOMA KEZELÉSE KAPCSÁN, A Magyar Ortopédtársaság és a Magyar Traumatológus Társaság 2013. évi közös kongresszusa, 2013
Bozsódi Árpád, Lazáry Áron, Szövérfi Zsolt, Varga Péter Pál: A CHORDOMA MOLEKULÁRIS ONKOGENÉZISE, A Magyar Gerincgyógyászati Társaság 2012. évi tudományos ülése, 2012
Zsolt Szoverfi, Aron Lazary, Arpad Bozsodi, Peter Paul Varga: THE PRIMARY TUMOR MORTALITY SCORE: NEW TOOL FOR THE ESTIMATION OF SURVIVAL IN PRIMARY SPINE TUMOR PATIENTS, Eurospine 2013, 2013
P. P. Varga, C. G. Fisher, L. D. Rhines, Z. L. Gokaslan, S. Boriani, Á. Lazary, W. Wang, A. Bozsodi, S. Yip, C. Bettegowda: Prognostic Significance of T Gene SNP rs2305089 in Individuals With Spinal Column Chordoma, EMSOS 2014 - 27th Annual Meeting of the European Musculo-Skeletal Oncology Society, 2014
A.Bozsodi, P.P.Varga, Á.Lazáry: Molecular targets in chordoma, AO Spine Masters symposium Budapest, 2014
P. P. Varga, C. G. Fisher, L. D. Rhines, Z. L. Gokaslan, S.Boriani, Á. Lazary, W. Wang, A.Bozsodi, S. Yip, C.Bettegowda: Prognostic significance of T gene SNP s2305089 in individuals with spinal column chordoma, Eurospine, Lyon, 2014
