Assaying the diagnostic properties of epigenetic alterations in precancerous lesions of colorectal and gastric cancer  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
111743
Type K
Principal investigator Tulassay, Zsolt
Title in Hungarian Epigenetikai eltérések diagnosztikus jelentőségének vizsgálata a vastagbél- és gyomorrák rákelőző állapotaiban
Title in English Assaying the diagnostic properties of epigenetic alterations in precancerous lesions of colorectal and gastric cancer
Keywords in Hungarian DNS metiláció, lapos adenoma, hyperplasztikus polyp, mező hatás, intestinalis metaplasia, miRNS, diagnosztika
Keywords in English DNA methylation, flat adenoma, hyperplastic polyp, field effect, intestinal metaplasia, miRNA, diagnostics
Discipline
Public health, health services, environmental and occupational medicine, epidemiology, medical ethics (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Gastroenterology
Panel Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent Dept. of Internal Medicine (Semmelweis University)
Participants Fűri, István
Herszényi, László
Kalmár, Alexandra
Molnár, Barbara Kinga
Molnár, Béla
Nagy, Zsófia Brigitta
Patai, Árpád
Sipos, Ferenc
Wichmann, Barnabás
Starting date 2015-01-01
Closing date 2018-12-31
Funding (in million HUF) 38.880
FTE (full time equivalent) 5.70
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 colorectális rák (CRC) kialakulásában genetikai mutációk mellett epigenetikai (DNS metiláció, poszt-transzkripciós szabályozás) eltérések is szerepet játszanak. CRC-ben az epigenetikai szabályozás alatt álló gének száma nagyobb, mint a genetikai mutációké. Az epigenetikai eltérések alapján a CRC kialakulásnak három fő útvonala ismert: a konvencionális adenoma-carcinoma, a fogazott adenoma, ill. a de novo (non-polypoid adenoma) útvonal. A gyomorrák kialakulásának genetikai vonatkozásaiban számos eltérés fedezhető fel a CRC-hez képest. A gyomor (atrophiás gastritis, intestinalis metaplasia) és a CRC rákelőző (mező-hatás, aberráns crypta fókusz, polypoid és non-polypoid adenómák) állapotai közti epigenetikai hasonlóságaok azonban még kevésbé ismertek. A vastagbél vonatkozásában már az adenomák esetében komplettálódik az epigenotípus, és ezt követően elsősorban az ún. driver-génmutációk megjelenése lesz felelős az adenoma-carcinoma átmenetért. Ebből következik, hogy a CRC rákelőző állapotaiban bekövetkező epigenetikai zavarok feltárása nem csak a carcinogenezis megismerését, de diagnosztikai és prognosztikai markerek azonosítását, valamint terápiás célpontok azonosítását is lehetővé teheti. A rákelőző állapotok endoszkópos azonosítása nehéz. A legújabb endoszkópos technikák (narrow band imaging, optikai zoom) azonban segítséget nyújthatnak a célzott mintavételhez. Vizsgálatunk célja a CRC rákelőző állapotaiban DNS metilációs és poszt-transzlációs szabályozás alatt álló gének diagnosztikai célú azonosítása, továbbá a CRC rákelőző állapotainak a gyomor rákelőző állapotaival történő összevetése közös patogenetikai útvonalak azonosítása céljából.

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 colorectális és gyomor rákelőző állapotok időben történő felismerésével gyógyítható lehet a vastagbél- és gyomorrák. Ehhez azonban szükség van olyan molekuláris biológiai markerek (DNS metilációs, poszt-transzkripciós regulációs) megismerésére, melyek önállóan vagy kombinációban jelzik a tumoros folyamat kialakulását olyan mintákban is, amelyek -mintavételi hiba folytán- nem a tumorból, hanem a tumor környezetéből származnak, és ezáltal a malignusan transzformálódott fókusz elemeit nem tartalmazzák.
Célkitűzéseink:
1. A normális vastagbélhám-hyperplasztikus aberráns crypta fókusz- hyperplasztikus polypus útvonal epigenetikai (DNS metiláció és poszt-transzkripciós szabályozás) szabályozás alatt álló génjeinek vizsgálata.
2. A normális vastagbélhám-heteroplasztikus aberráns crypta fókusz-adenoma útvonal epigenetikai (DNS metiláció és poszt-transzkripciós) szabályozás alatt álló génjeinek vizsgálata.
3. A normális vastagbélhám-dysplasztikus aberráns crypta fókusz-non-polypoid adenoma útvonal epigenetikai (DNS metiláció és poszt-transzkripciós) szabályozás alatt álló génjeinek vizsgálata.
4. Helicobacter pylori negatív gyomor rákelőző állapotok (atrophia, intestinalis metaplasia) epigenetikai (DNS metiláció és poszt-transzkripciós) szabályozás alatt álló génjeinek vizsgálata.
5. A CRC és a gyomor rákelőző állapotai közötti epigenetikai hasonlóságok megismerése.
6. Az azonosított epigenetikai eltérések diagnosztikai szerepének vizsgálata.

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 kutatás jelentősége sokrétű. A CRC és gyomorrák-specifikus DNS metilációs és mikroRNS markerek segítségével a diagnosztikai döntéshozatal megerősíthető, felgyorsítható. A betegség-specifikus markerek alkalmazása olcsó, a rutin diagnosztika részévé válhat, szenzitív daganat-specifikus diagnosztikai panelek létrehozását segítheti elő. A diagnosztikai késlekedés megelőzése a betegek gyógyulási esélyeit növeli, ami kevésbé agresszív, de költséghatékony terápiák alkalmazásához vezethet. A DNS metilációs és mikroRNS expressziós különbségek szabályozásában szerepet játszó tényezők megismerése újszerű terápiás célpontok azonosításának kedvez. A kiválasztott markerek prognosztikai szerepét megvizsgálva a személyre szabott kezelés időben történő megkezdése lehetségessé válik.

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 colorectális és gyomorrákok a halálozás vezető okai közé tartozó betegségek, amelyek korai felismerésével jelentősen növelhető lenne a betegek túlélése. Jelenleg a leghatékonyabb szűrőmódszerek a vastagbél- és gyomortükrözés, amelyek a diagnosztika mellett rákmegelőző terápiás eljárások is. A rákelőző állapotok szűrését és diagnosztikáját betegség-specifikus molekuláris biológiai markerek azonosításával és igazolásával elősegíthetjük. A kutatás célja a vastagbél- és gyomordaganatok kialakulásához köthető molekuláris biológiai markerek azonosítása szöveti mintákban, amelyek alkalmasak lehetnek korai diagnosztikai és differenciáldiagnosztikai célokra. A betegség-specifikus markerek segítségével a diagnosztikai döntéshozatal megerősíthető, felgyorsítható. A diagnosztikai késlekedés megelőzése a betegek gyógyulási esélyeit növeli, ami kevésbé agresszív, de költséghatékony terápiák alkalmazásához vezethet. A betegség kialakulásában szerepet játszó tényezők megismerése újszerű terápiás célpontok azonosításának kedvez.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In the development of colorectal cancer (CRC) not just genetic, but epigenetic (DNA methylation, post-transcriptional regulation) alterations are involved. In case of CRC the number of epigenetically regulated genes are much higher than the number of genetic mutations. Regarding epigenetic alterations three main CRC developmental pathways are known: the conventional adenoma-dysplasia-carcinoma sequence, the serrated adenoma pathway, and the de novo (non-polypoid adenoma) pathway. The genetics of gastric cancer development shows several alterations comparing it to CRC. The possible similarities between the epigenetics of gastric (atrophic gastritis, intestinal metaplasia) and colorectal (field-effect, aberranty crypta foci, polypoid and non-polypoid adenomas) precancerous lesions are not well known in detail. In case of the colon, the epigenotype is already completted in adenoma state, and later, the genetic mutations of driver-genes will be the most important factor regarding the adenoma-carcinoma transition. Revealing the epigenetic alterations in precancerous colorectal lesions may help to better understand the carcinogenetic process, moreover, to determine possible diagnostic, screening and therapeutic targets. The identification of precancerous lesions are sometimes difficult. The newest endoscopic imaging techniques (narrow band imaging, optical zoom) help in targeted sampling. We aim the identification of epigenetically regulated genes in precancerous colorectal lesions, moreover, the comparison of the epigenetics of colorectal and gastric precancerous lesions to determine common pathogenetic pathways.

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.
Colorectal and gastric carcinogenesis is a multistep process, in which the early detection of precancerous lesions may result in curability. For this purpose the determination of such molecular biologic markers (DNA methylation, post-transcriptional regulation) is necessary, which can indicate solely or in combination the development of the tumorous process even in the case of not well orientated biopsy samples.
Aims of the study:
1. Assaying the epigenetic (DNA methylation, miRNome) alterations of the normal-hyperplastic aberrant crypta foci-hyperplastic polyp pathway.
2. Assaying the epigenetic (DNA methylation, miRNome) alterations of the normal-heteroplastic aberrant crypta foci-adenoma pathway.
3. Assaying the epigenetic (DNA methylation, miRNome) alterations of the normal-dysplastic aberrant crypta foci - non-polypoid adenoma pathway.
4. Assaying the epigenetic (DNA methylation, miRNome) alterations in precancerous lesions (atrophy, intestinal metaplasia) of Helicobacter negative gastric cancer.
5. Determination of common epigenetic alterations between colorectal and Helicobacter pylori negative gastric precancerous lesions.
6. Assaying the screening and diagnostic values of the determined epigenetic alterations.

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.
The importance of the study is multiple. The diagnostic procedure can be strengthened and sped up by using CRC- and GC-specific DNA methylation and microRNA markers. The use of disease-specific markers are relatively cheap and can be the part of the routine diagnostics and cancer-specific diagnostic panels. Avoiding delayed diagnosis the overall survival may be expanded, and may let to use less harmful but cost-effective therapeutic agents. Determination of factors behind aberrant DNA methylation and microRNA expression profile alterations may enhance the development of new therapeutic targets. With the evaluation of the prognostic significance of the selected markers patient-tailored therapeutic startegies can be started in time.

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.
Colorectal and gastric cancers belong to the leading cause of mortality in Hungary. Early cancer diagnosis may significantly expand the overall survival. Nowadays, endoscopy is the gold-standard screening and diagnostic method, which allows therapeutic intervention such as polypectomy as well. Screening and diagnosis of pre-cancerous lesions can be enhanced by the determination and validation of disease-specific molecular biologic markers. The aim of the study is to determine such molecular biologic markers that may be useful in the early diagnosis and differential diagnosis of pre-cancerous lesions. The diagnostic procedure can be strengthened and sped up by using disease-specific biologic markers. Avoiding delayed diagnosis the overall survival may be expanded, and may let to use less harmful but cost-effective therapeutic agents. Determination of factors behind colorectal and gastric cancer progression may enhance the development of new therapeutic targets.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Munkánk során 10 génből álló markercsoportot (köztük az SFRP1, az SFRP2 és a MAL tumor szuppresszorok) azonosítottunk, amely jó- és rosszindulatú vastagbél tumorokban fokozottan metilált. Eredményeink alapján az SFRP1, SFRP2, PRIMA1, SDC2 metilációs biomarker panel alkalmas lehet a kolorektális adenoma és karcinóma plazmamintákból történő nem-invazív kimutatására. Az automatizált rendszerek izolációs protokolljainak fejlesztésével növelhető a metilációs elemzések szenzitivitása. A DNS metilációs eltérések a kanonikus és nem-kanonikus WNT, valamint a TP53 útvonalat is érintik és már a karcinogenezis korai szakaszában jelentkeznek. A CRC kialakulása során számos öregedéssel összefüggő metilációs eltérés is tapasztalható, amely hatással van bizonyos CRC és adenoma kulcsgének expressziójára. Kombinált mutációs és metilációs vizsgálatunk a rákmegelőző fogazott adenomákra jellemző, potenciális biomarkerként szolgáló DNS metilációs mintázatot eredményezett. Megállapítottuk azt is, DNS metilációs eltérések mutációs forrópont régiókban is észlelhetők, valamint karakterisztikus mikroRNS expressziós eltéréseket is megfigyeltünk adenoma és CRC szöveti és plazmaminták között. Az ALIX exoszóma marker expressziós mintázata megváltozott az adenoma-karcinóma szekvencia során, amely a karcinóma-kötőszövet interakciók befolyásolásával hat a tumor növekedésre és áttétképzésre. Epigenetikai vizsgálatainkban azonosított markerek hozzájárulhatnak a gasztrointesztinális tumorok korai felismeréséhez.
Results in English
In this project we identified a common hypermethylated ten-gene signature in colorectal adenomas and carcinomas including SFRP1, SFRP2 and MAL tumor suppressors. Our results indicate that SFRP1, SFRP2, PRIMA1, SDC2 methylation biomarker panel can be suitable for non-invasive detection of colorectal adenoma and cancer from plasma samples. Further improvements in the isolation protocols of automated systems might lead to the increase of the sensitivity of methylation analysis. Aberrant DNA methylation affected both canonical and noncanonical WNT and TP53 pathway genes and appeared as an early event of carcinogenesis. Several age-related DNA methylation alterations can be observed during CRC development affecting the expression of certain CRC- and adenoma-related key control genes. Our comprehensive DNA methylation and mutation analyses revealed a colorectal serrated adenoma specific, potentially diagnostic methylation signature. We have also established that DNA methylation alterations can exist in the mutation hot spot regions, as well and furthermore characteristic microRNA expression changes were determined in AD vs. CRC groups in tissue and plasma samples. The expression pattern of ALIX exosome marker changed along the adenoma-carcinoma sequence, which may affect the tumor growth and metastasis formation through mediation of epithelial-stromal interactions. The markers identified in our epigenetic studies might contribute to early recognition of gastrointestinal tumors.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=111743
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kalmár A, Péterfia B, Hollósi P, Wichmann B, Bodor A, Patai ÁV, Schöller A, Krenács T, Tulassay Z, Molnár B.: Bisulfite-based DNA methylation analysis from recent and archived formalin-fixed, paraffin embedded colorectal tissue samples., Pathol Oncol Res., 2015
Tóth K, Barták BK, Tulassay Z, Molnár B.: Circulating cell-free nucleic acids as biomarkers in colorectal cancer screening and diagnosis, Expert Rev Mol Diagn., 2016
Galamb O, Kalmár A, Péterfia B, Csabai I, Bodor A, Ribli D, Krenács T, Patai ÁV, Wichmann B, Barták BK, Tóth K, Valcz G, Spisák S, Tulassay Z, Molnár B.: Aberrant DNA methylation of WNT pathway genes in the development and progression of CIMP-negative colorectal cancer., Epigenetics, 2016
Valcz G, Galamb O, Krenács T, Spisák S, Kalmár A, Patai ÁV, Wichmann B, Dede K, Tulassay Z, Molnár B. Exosomes: Exosomes in colorectal carcinoma formation: ALIX under the magnifying glass., Mod Pathol, 2016
Galamb O, Kalmár A, Barták BK, Patai ÁV, Leiszter K, Péterfia B, Wichmann B, Valcz G, Veres G, Tulassay Z, Molnár B.: Aging related methylation influences the gene expression of key control genes in colorectal cancer and adenoma linked., World J Gastroenterol,, 2016
Patai ÁV, Molnár Cs, Csóka C, Micsik T, Hajdu-Andersson I, Farkas P, Herszényi l, Tulassay Zs.: Gyomorrák genetikája és molekuláris altípusainak jelentősége, Magy Beolv Arch,, 2016
Galamb O, Kalmár A, Barták BK, Patai ÁV, Leiszter K, Péterfia B, Wichmann B, Valcz G, Veres G, Tulassay Z, Molnár B.: Aging related methylation influences the gene expression of key control genes in colorectal cancer and adenoma linked., World J Gastroenterol, 2016
Patai ÁV, Molnár Cs, Csóka C, Micsik T, Hajdu-Andersson I, Farkas P, Herszényi l, Tulassay Zs.: Gyomorrák genetikája és molekuláris altípusainak jelentősége., Magyar Belorvosi Archivum, 2016
Barták BK, Kalmár A, Péterfia B, Patai ÁV, Galamb O, Valcz G, Spisák S, Wichmann B, Nagy ZB, Tóth K, Tulassay Z, Igaz P, Molnár B.: Colorectal adenoma and cancer detection based on altered methylation pattern of SFRP1, SFRP2, SDC2, and PRIMA1 in plasma samples., Epigenetics, 2017
Patai ÁV, Barták BK, Péterfia B, Micsik T, Horváth R, Sumánszki C, Péter Z, Patai Á, Valcz G, Kalmár A, Tóth K, Krenács T, Tulassay Z, Molnár B.: Comprehensive DNA methylation and mutation analyses reveal a methylation signature in colorectal sessile serrated adenomas., Pathol Oncol Res, 2017
Nagy ZB, Barták BK, Kalmár A, Galamb O, Wichmann B, Dank M, Igaz P, Tulassay Z, Molnár B.: Comparison of circulating miRNAs expression alterations in matched tissue and plasma samples during colorectal cancer progression., Pathol Oncol Res, 2017
Műzes G, Kiss AL, Tulassay Z, Sipos F.: Cell-free DNA-induced alteration of autophagy response and TLR9-signaling: Their relation to amelioration of DSS-colitis. Comp Immunol, Microbiol Infect Dis, 2017
Sipos F, Székely H, Kis ID, Tulassay Z, Műzes G.: Relation of the IGF/IGF1R system to autophagy in colitis and colorectal cancer., World J Gastoenterol, 2017
Szigeti KA, Galamb O, Kalmár A, Barták BK, Nagy ZB, Márkus E, Igaz P, Tulassay Z, Molnár B.: [Role and alterations of DNA methylation during the aging and cancer]., Orv Hetil, 2018
Barták BK, Kalmár A, Galamb O, Wichmann B, Nagy ZB, Tulassay Z, Dank M, Igaz P, Molnár B.: Blood collection and cell-free DNA isolation methods influence the sensitivity of liquid biopsy analysis for colorectal cancer detection., Pathol Oncol Res, 2018
Barták BK, Nagy ZB, Spisák S, Tulassay Z, Dank M, Igaz P, Molnár B.: [In vivo analysis of circulating cell-free DNA release and degradation]., Orv Hetil, 2018
Molnár B, Galamb O, Péterfia B, Wichmann B, Csabai I, Bodor A, Kalmár A, Szigeti KA, Barták BK, Nagy ZB, Valcz G, Patai ÁV, Igaz P, Tulassay Z.: Gene promoter and exon DNA methylation changes in colon cancer development - mRNA expression and tumor mutation alterations., BMC, 2018
Valcz G, Buzás EI, Szállási Z, Kalmár A, Krenács T, Tulassay Z, Igaz P, Molnár B.: Perspective: bidirectional exosomal transport between cancer stem cells and their fibroblast-rich microenvironment during metastasis formation., NPJ Breast Cancer., 2018
Sipos F, Kiss AL, Constantinovits M, Tulassay Z, Műzes G.: Modified genomic self-DNA influences in vitro survival of HT29 tumor cells via TLR9- and autophagy signaling., Pathol Oncol Res, 2018
Tóth K, Barták BK, Tulassay Z, Molnár B.: Circulating cell-free nucleic acids as biomarkers in colorectal cancer screening and diagnosis., Expert Rev Mol Diagn. 2015 Dec 13., 2015
Kalmár A, Péterfia B, Hollósi P, Galamb O, Spisák S, Wichmann B, Bodor A, Tóth K, Patai ÁV, Valcz G, Nagy ZB, Kubák V, Tulassay Z, Kovalszky I, Molnár B.: DNA hypermethylation and decreased mRNA expression of MAL, PRIMA1, PTGDR and SFRP1 in colorectal adenoma and cancer., BMC Cancer. 2015 Oct 19;15:736. doi: 10.1186/s12885-015-1687-x., 2015
Patai ÁV, Sumánszki Cs, Sipos F, Molnár B, Tulassay Zs: A DNS-metiláció szerepe és klinikai jelentősége a vastagbélrák kialakulásában, Magyar Belorvosi Archívum 2015; 68: 163-168, 2015
Fűri I, Kalmár A, Wichmann B, Spisák S, Schöller A, Barták B, Tulassay Z, Molnár B.: Cell Free DNA of Tumor Origin Induces a 'Metastatic' Expression Profile in HT-29 Cancer Cell Line., PLoS One. 2015 Jul 2;10(7):e0131699. doi: 10.1371/journal.pone.0131699., 2015
Kalmár A, Péterfia B, Hollósi P, Wichmann B, Bodor A, Patai ÁV, Schöller A, Krenács T, Tulassay Z, Molnár B.: Bisulfite-Based DNA Methylation Analysis from Recent and Archived Formalin-Fixed, Paraffin Embedded Colorectal Tissue Samples., Pathol Oncol Res. 2015 Sep;21(4):1149-56. doi: 10.1007/s12253-015-9945-4., 2015
Patai ÁV, Valcz G, Hollósi P, Kalmár A, Péterfia B, Patai Á, Wichmann B, Spisák S, Barták BK, Leiszter K, Tóth K, Sipos F, Kovalszky I, Péter Z, Miheller P, Tulassay Z, Molnár B.: Comprehensive DNA Methylation Analysis Reveals a Common Ten-Gene Methylation Signature in Colorectal Adenomas and Carcinomas., Plos One, 2015
Kalmár A, Péterfia B, Hollósi P, Galamb O, Spisák S, Wichmann B, Bodor A, Tóth K, Patai ÁV, Valcz G, Nagy ZB, Kubák V, Tulassay Z, Kovalszky I, Molnár B.: DNA hypermethylation and decreased mRNA expression of MAL, PRIMA1, PTGDR and SFRP1 in colorectal adenoma and cancer., BMC Cancer, 2015
Kalmár A, Péterfia B, Hollósi P, Wichmann B, Bodor A, Patai ÁV, Schöller A, Krenács T, Tulassay Z, Molnár B. Bisulfite: Bisulfite-based DNA methylation analysis from recent and archived formalin-fixed, paraffin embedded colorectal tissue samples., Pathol Oncol Res, 2015



Back »