Detection of salivary biomarkers by „omics” technologies in oral cancer and oral precancerous conditions  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
105034
Type K
Principal investigator Márton, Ildikó
Title in Hungarian Nyál biomarker vizsgálatok „omics” módszerekkel szájüregi daganatos betegségekben és rákmegelőző állapotokban
Title in English Detection of salivary biomarkers by „omics” technologies in oral cancer and oral precancerous conditions
Keywords in Hungarian biomarker, nyál, "omics" technológia, szájüregi daganat, rákmegelőző állapot
Keywords in English biomarkers, saliva, "omics" technologies, oral cancer, oral precancerous
Discipline
Public health, health services, environmental and occupational medicine, epidemiology, medical ethics (Council of Medical and Biological Sciences)100 %
Ortelius classification: Stomatology
Panel Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent Department of Restorative Dentistry (University of Debrecen)
Participants Bágyi, Kinga Ágnes
Barabás, József
Csősz, Éva
Dezső, Balázs
Jenei, Ágnes
Kiss, Csongor
Lábiscsák, Péter
Martos, Renáta
Olasz, Lajos
Piffkó, József
Sándor, János
Scholtz, Beáta
Szabó, Adrienne
Tar, Ildikó
Starting date 2013-01-01
Closing date 2017-12-31
Funding (in million HUF) 27.416
FTE (full time equivalent) 14.45
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 szájüregi rosszindulatú daganatok 90%-át képező szájüregi laphámrák a hatodik leggyakoribb rákféleség, igen alacsony, alig 50%-ot elérő 5 éves túléléssel. Előfordulási és halálozási aránya fiatalok körében növekvő tendenciát mutat. A hatvanas évek óta a kórforma előfordulási gyakorisága ötszörösére nőtt hazánkban, így Magyarország kiemelkedő helyet foglal el incidencia és mortalitás terén a globális statisztikákban. A rák és megelőző állapotainak korai felismerése csökkentheti a morbiditást és mortalitást, növelheti a túlélést és javíthatja a betegek életminőségét. A magas halálozási arány oka legtöbbször a késői felismerés, amely szükségessé teszi a korai diagnózist lehetővé tevő módszerek, köztük nyál biomarker kimutatások alkalmazását. Világszerte nőtt azon kutatások száma, amelyek fehérje, DNS, RNS, miRNS biomarkereket próbáltak kimutatni és azonosítani szájüregi rákmegelőző állapotokkal bíró és daganatos betegek nyálából. Számos gén szerepét tanulmányozták már behatóan a carcinogenesis során. A nyál nem invazív módon nyerhető, egyszerűbb felhasználást igénylő, informatív testfolyadék. Az egyre szélesebb körben elterjedt „omics” technológiák újszerű megközelítést kínálnak és számos eddig nem ismert adatot szolgáltatnak a szájüregi rák kialakulásának hátterében álló molekuláris mechanizmusokról a hagyományos klinikai paraméterek mellett. A nagy betegszámú, multicentrikus tanulmány során nyert minták vizsgálata, a tumorra jellemző „omics” profilok analízise pedig lehetőséget ad a daganat és megelőző állapotok viselkedésének alaposabb megismerésére, a szűrésre, a korai felismerésére, valamint a célzott és hatékonyabb terápia kiválasztására.

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.

Az elmúlt évtizedekben a szájüregi laphámrák változatlanul igen alacsony túlélési aránya szükségessé tette új, molekuláris szintű diagnosztikus módszerek kidolgozását, amelyek lehetővé teszik a rákmegelőző állapotok és a daganatok korai felismerését. A nyál alapú tumor diagnosztika a már felismert biomarkerek alapján a figyelem középpontjába került. Napjainkban egyre bővül azoknak a kutatócsoportoknak a száma, amelyek folytatják a 90-es években elkezdődött kutatásokat és a nyálat használják fel számos betegség, köztük a daganatos betegségek, rákmegelőző állapotok korai kimutatására, valamint szűrésére. Az elmúlt években számos kutatócsoport vizsgálta a nem invazív úton nyerhető nyál diagnosztikus felhasználásának lehetőségét a magasabb kockázati csoportú populációk költség-hatékony szűrésére, a szájüregi daganatok és rákmegelőző állapotok jelenlétének kimutatására. A nyál összetett, informatív testfolyadék, amely számos, több helyről származó molekulát tartalmaz, közöttük szerepel a genom, a proteoma, a traszkriptoma, a metabolom és a mikrobioma, amely rendszerekhez tartozó molekulák képesek az általános egészségi állapotról valamint a betegségekről tájékoztatást adni. Kutatásunk célul tűzte ki több ellátó centrumból származó, nagy létszámú, daganatos és rákmegelőző állapotú betegből nyert nyálminta biomarkereinek azonosítását, validálását, prospektív vizsgálatát és klinikai megbízhatóságának tanulmányozását. Az így nyert eredmények felhasználása a klinikai munka során elősegítheti a szűrés, illetőleg a korai diagnózis, a prognózis megállapítás lehetőségeinek javítását.

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 carotis arteriák ellátási területéhez tartozó, szájüregben termelt nyál igen különleges testfolyadék, mivel tartalmazza a legtöbb, a szisztémás keringésben is megtalálható, valamint a szájüregben termelődő molekulát. A nyál, amely nem invazív módon, könnyen nyerhető és vizsgálható közeg, óriási lehetőséget rejt számos kórforma, köztük a szájüregi daganatok és rákmegelőző állapotok klinikai diagnosztikája terén. A nyál közel helyezkedik el a tumor elsődleges helyéhez, daganatos, levált sejteket tartalmaz, így ideális közeg a szájüregi laphámrákra specifikus biomarkerek kimutatására. Az elmúlt években kifejlesztett „omics” technológiák alkalmazásával lehetőség nyílik többféle molekula, köztük fehérjék, DNS-k, RNS-k, miRNS-k nyálban való mérésére, amely elősegítheti a precancerózus léziók és szájüregi rák korai diagnózisát, a betegségek prognózisának, a kezelés hatékonyságának megállapítását. Az eddigi kutatások számos, a szájüregi laphámrák kifejlődésében szerepet játszó, molekuláris szintű mechanizmust írtak le és több biomarkerként felhasználható molekulát azonosítottak. Napjainkig, a prosztata daganatra specifikus prosztata antigénhez hasonlítható, a szájüregi laphámrákra specifikus biomarker molekula azonosítása még nem járt sikerrel és hiányozik az eddig felismert, lehetséges biomarkerek validálása. Munkacsoportunk célul tűzte ki nagyszámú, több ellátóhelyről gyűjtött nyálminta vizsgálatát, a lehetséges biomarkerek validálását. A nyert eredmények nagy jelentőségűek lehetnek a rosszindulatú szájüregi daganatos betegek és rákmegelőző kórformák korai felismerése, a kezelés tervezése mellett a magas rizikójú személyek nyál felhasználásával történő kiszűrésére terén is. A korai felismerést követően elvégzett, megfelelő kezelés által csökkenthetővé válik a betegség kiújulási gyakorisága, javul az életminőség és nő a túlélési arány. A nyál molekuláris vizsgálata ideális, gyors és hatékony eszközzé válhat a szájüregi daganatos megbetegedésnek kitett magas kockázati csoportú betegek azonosítása, a rákmegelőző állapotok és daganatok korai felismerése és eredményesebb kezelése terén.

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 adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

A szájüregi laphámrákok a rosszindulatú daganatok közel 6%-t képezik, így a 6. leggyakoribb rosszindulatú megbetegedésnek tekinthetők egyre növekvő incidenciával. Hazánk a daganatos megbetegedés és az ebből fakadó halálozás tekintetében a nők és a férfiak esetében vezető helyet foglal el a nemzetközi statisztikákban. A 60-as évek óta hazánkban a halálozási arány megötszöröződött. A szájüregi daganatokat agresszív helyi terjedés és áttét-képzés jellemzi. A késői felismerés miatt a betegek 5-éves túlélési aránya 50% az elmúlt évtizedek sebészi, sugár- és kemoterápiás kezelési lehetőségeinek fejlődése ellenére. A korán felismert esetek mintegy 80%-a megfelelő kezeléssel meggyógyítható. Bár a közvetlen vizsgálat a szájüregben könnyen elvégezhető, a rákos elfajulás és a rákmegelőző állapotok gyakran csak előrehaladott állapotban kerülnek felismerésre. A kórismézéshez nélkülözhetetlen szövettani mintavétel fájdalmas és kellemetlen következményekkel jár. A nyál, amely sejteket, fehérje, DNS és RNS molekulákat tartalmaz, kiváló, kíméletes és kedvező költségű mintavételi és feldolgozási lehetőséget kínál. Tanulmányunk célja a korszerű “genomikai”, “transzkriptomikai” és “proteomikai” módszerek alkalmazásával, megbízható, a korai felismerést lehetővé tevő nyál-biomarkerek azonosítása szájüregi daganatos és rákmegelőző állapotokban. Kisszámú mintában nagykapacitású módszerekkel azonosítjuk a lehetséges markereket, majd ezeket kiegészítő módszerekkel hitelesítjük és országos, multicentrikus, prospektív vizsgálatba bevont nagyszámú betegben vizsgáljuk. Elemezzük az új nyál-biomarkerek összefüggését a betegség szövettanával, stádiumával és kórlefolyásával.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

Oral squamous cell carcinoma (OSCC) accounts for about 90% of malignant oral lesions which is the 6th most common malignancy with increasing incidence and mortality rate especially in the younger generation. The 5-year survival rate is low, around 50%. Hungarian population occupies the top places of statistics regarding OSCC incidence and mortality figures with 5-fold elevation of overall mortality rate in Hungary since the 6-ties. Delayed detection is likely to be a primary reason for the discovery of the high mortal rate and this supports the need for biomarkers to improve early detection. The early diagnosis of OSCC and precancerous lesions is an attractive strategy to decrease morbidity and mortality, to enhance survival rate and to improve quality of life. Research on accurate and noninvasive screening test for detecting pracencerous patients has become more important and urgent. Attempts to find salivary biomarkers that identify premalignant lesions and OSCC have resulted in several candidate biomarkers (genes, proteins, RNAs, miRNAs). Some genes have been intensively studied during carcinogenesis. The integration of the data from „omics” technologies, using the saliva as a non-invasive and low-cost diagnostic tool may shed light on the pathogenesis of precancerous lesions and OSCC. Analysis of tumor-specific „omics” profiles provides an opportunity for early diagnosis, and detection of OSCC and for a better understanding of the behaviour of OSCC, and to provide a targeted therapy. These technologies still require integration of techniques and multicentric validation on a large population against conventional clinical parameters.

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.

Extensive morbidities and stagnant survival rates over the past few decades for patients with OSCC emphasize the need for novel diagnostics and therapeutics, based on the molecular characteristics of the tumors and precancerous lesions. Much attention has been given to saliva-based tumor, premalignant lesion screening and early detection, using the already known saliva biomarkers. The rationale for the use of saliva for early diagnosis of several diseases, among them oral cancer and precancerous lesions was first suggested in the nineties. Since then the saliva as a non-invasive diagnostic fluid, which provides a cost-effective approach for the screening of large populations at higher risk, has been the subject of numerous studies. Saliva is a complex, informative body-fluid harboring biological molecules from many sources including the genome, transcriptome, proteome, metabolome and oral microbiome, with the capacity of representing general health and different diseases. The aim of this research is to examine cancer-related salivary biomarkers, to validate a candidate biomarker panel from multicentric OSCC and precancerous patients cohorts and to investigate their reliability. Genomic and proteomic approaches will be carried out to identify the potential biomarkers from saliva for OSCC and precancerous lesions. The traslation of these candidate biomarkers from „omics” investigations into bed-side application will promote the possibilities of early diagnosis and better prognosis as well as the screening of these disorders.

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 fact that serum components of saliva are derived primarily from the local vasculature originating from the carotid arteries makes saliva a unique, valuable fluid source that provides many, if not most of the same molecules found in the systemic circulation whereas additional biomolecules which are derived from the oral cavity. Saliva represents ideal means for oral squamous cell carcinoma biomarker detection and posesses tremendous potential in clinical diagnostics because of its proximity to the primary tumor site, availibility of exfoliated cancer cells and ease of sampling. The development of new techniques, the application of „omics” technologies provide the opportunity to measure many biological molecules in saliva including proteins, DNAs, RNAs, miRNAs which could promote the early diagnosis of oral cancer and the precancerous lesions. Within the last years, several novel molecular events in OSCC development were illustrated by integrative approaches, especially those based on high-throughput „omics” analysis, with the potential to develop these events and molecules into biomarkers for screening, diagnosis, prognosis, and prediction of therapeutic responses in premalignant lesions and OSCC. However, before clinical use of these integrative apparoaches, long-term, multicentric, population-based studies of patients with precancerous lesions and OSCC are recquired. Although no definitive marker, such as prostate-specific antigen for prostate cancer currently exists for OSCC, recent research has identified a vast array of potential OSCC biomarkers from saliva and biopsy samples. Potential biomarkers that have been demonstrated to be associated with the malignant pathology can be used for salivary screening for high-risk patients groups in the future. Effective screening to identify high-risk patients may allow the clinician to provide the appropriate treatment in an early stage reducing the mortality and morbidity, the recurrence of the disease and allowing a better quality of life. The molecular analysis of saliva may offer a feasible, rapid and effective tool for stratification of high-risk patients and early detection of premalignant lesions.

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 NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

Oral squamous cell carcinoma (OSCC) is the 6th most common cancer in the world accounting for almost 6% of malignant tumors with increasing incidence. Hungarian women and men occupy top places of statistics regarding both global OSCC incidence and mortality figures with 5-fold elevation of overall mortality rate in Hungary since the 60-ies. OSCC has a high degree of local invasiveness and high rate of metastasis. Due to late discovery, 5-yr survival rate of patients with OSCC is below 50% and has not improved in recent decades despite advances in surgery, radiotherapy and chemotherapy. Early detection followed by appropriate treatment can increase the recovery rate up to 80%. Although oral cavity is amenable to direct examination, premalignant lesions and OSCC often remain undetected until late stages. Biopsy of suspicious lesions, which is accompanied by pain and discomfort, remains the standard method of diagnosis. Since saliva contains whole cells and protein, DNA, RNA and miRNA molecules, it may offer an optimal, non-invasive and cost-effective diagnostic sample. The aim of the project is to identify reliable salivary biomarkers for early detection of oral premalignant lesions and OSCC using cutting-edge genomic, transcriptomic and proteomic methods. After selection of candidate biomarkers using high-throughput techniques in a limited number of patients, a reduced number of validated markers will be systematically evaluated in a prospective, nationwide, multicentric trial involving large number of patients. New salivary markers will be correlated with histology, stage and outcome of the disease.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Korszerű molekuláris – ‘omics’ - módszerekkel vizsgáltuk saliváris markerek differenciál-expresszióját OSCC-ben szenvedő betegekben és kontrollokban. A magyar népesség körében, számos protein és mRNS molekula közül, a saliváris IL-6 mRNS bizonyult a leghatékonyabb OSCC biomarkernek. Az IL-6 mRNS mennyiségi meghatározását korábban más munkacsoport még nem publikálta. IHC módszerrel mutattuk ki az IL-6 kifejeződését daganatsejtekben és tumor-infiltráló immun sejtekben, alátámasztva a saliváris IL-6-expresszió klinikai relevanciáját. Vizsgálataink további új eredménye, hogy az életkorban illesztett mellett egészséges fiatal kontrollokat is alkalmaztunk a saliváris markerek tumoros és gyulladásos eredetének elkülönítésére. Komplex moleculáris módszertani panelt optimalizáltunk és validáltunk további saliváris OSCC biomarkerek kutatására. Jelen OTKA támogatással nyert eredményeinket lektorált tudományos folyóiratokban közöltük, és kongresszusi előadások keretében ismertettük.
Results in English
Differential expression of salivary markers in patients with OSCC and controls was investigated by advanced molecular ‘omics’ methods. Among several protein and mRNA molecules, salivary IL-6 mRNA proved to be the best-performing biomarker to detect OSCC in the Hungarian population. Salivary IL-6 mRNA has not yet been quantitated by other groups. IHC results demonstrated the manifestation of IL-6 in tumor cells and tumor infiltrating immune cells supporting the clinical relevance of salivary IL-6. A further novelty of our project was the introduction of healthy young controls in addition to age-matched controls so as to differenciate between lesion-derived and inflammation-related markers. We have developed a complex set of optimized and validated advanced molecular methods suitable for further discovery of OSCC salivary biomarkers. Results supported by this grant have been disseminated in scientific publications and in scientific conference presentations.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=105034
Decision
Yes





 

List of publications

 
Csosz E, Labiscsak P, Kallo G, Markus B, Emri M, Szabo A, Tar I, Tozser J, Kiss C, Marton I: Proteomics investigation of OSCC-specific salivary biomarkers in a Hungarian population highlights the importance of identification of population-tailored biomarkers., PLOS ONE 12: (5) e0177282, 2017
Csősz É, Márkus B, Darula Z, Medzihardszky KF, Nemes J, Tőzsér J, Kiss C, Márton I: Salivary proteome profiling of oral squamous cell carcinoma in a Hungarian population, FEBS Open Bio (in press), 2018
József Horváth, Adrien Szabó, Ildikó Tar, Balázs Dezső, Csongor Kiss, Ildikó Márton, Beáta Scholtz: Oral Health May Affect the Performance of mRNA-Based Saliva Biomarkers for Oral Squamous Cell Cancer, PATHOL ONCOL RES x: (x) 1-10, 2017
Jenei Ágnes, Sandor János, Gyurina Katalin, Nemes Judit, Kiss Csongor, Marton Ildikó J: Patient-reported Measurements of Oral Mucositis in Pediatric Patients with Cancer, OHDM- Vol. 15- No.6, 2016
Nemes J, Jenei Á, Márton I: A gyermekkori malignus kórképek kemoterápiájának leggyakoribb mellékhatása, az orális mucositis. Irodalmi áttekintés, Orvosi Hetilap (közlésre elfogadva), 2018
Jenei A, Sandor J, Hegedus C, Bagyi K, Nagy L, Kiss C, Szabo G, Marton IJ: Oral health-related quality of life after prosthetic rehabilitation: a longitudinal study with the OHIP questionnaire., HEALTH QUAL LIFE OUT 13:, 2015
Márton IJ, Kiss C: Overlapping protective and destructive regulatory pathways in apical periodontitis, J ENDODONT 40: (2) 155-163, 2014
Márton IJ; Kiss Cs: Overlapping Protective and Destructive Regulatory Pathways in Apical Periodontitis, J Endod (közlésre elfogadva), 2014




Back »