Molecular pathogenesis and microenvironment of primary central nervous system lymphoma  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
115792
Type PD
Principal investigator Reiniger, Lilla
Title in Hungarian A primer központi idegrendszeri lymphoma molekuláris patogenezise és mikrokörnyezete
Title in English Molecular pathogenesis and microenvironment of primary central nervous system lymphoma
Keywords in Hungarian lymphoma, agy, molekuláris patogenezis, mikrokörnyezet
Keywords in English lymphoma, brain, molecular pathogenesis, microenvironment
Discipline
Cancer and its biological basis (Council of Medical and Biological Sciences)50 %
Haematology, immunology, thrombosis, infectious diseases (Council of Medical and Biological Sciences)25 %
Ortelius classification: Haematology
Organ physiology and pathophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)25 %
Ortelius classification: General pathology
Panel Immunity, Cancer and Microbiology
Department or equivalent Dept. of Pathology and Experimental Cancer Research (Semmelweis University)
Starting date 2015-09-01
Closing date 2020-08-31
Funding (in million HUF) 9.000
FTE (full time equivalent) 3.50
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 primer központi idegrendszeri lymphoma (PKIRL) az agyban és más központi idegrendszeri struktúrákban előforduló agresszív non-Hodgkin lymphoma, mely leggyakrabban diffúz nagy B sejtes lymphoma (DLBL). A PKIRL-ás betegek túlélése rendszerint elmarad a szisztémás DLBL-es betegekétől (a teljes medián túlélés 2-4 év), aminek egyik oka, hogy kevés cytotoxikus szer képes a vér-agy gáton átlépni. A PKIRL-ban különféle onkogén jelutak aktivációját írták le a közelmúltban, többek között a B-sejt receptor-, Toll-like receptor-, NFκB- és JAK/STAT jelutakét, melyek hátterében genom-aberrációk, illetve kóros fehérje és mikroRNS (miR) expressziók mutathatók ki. Előzetes kutatási eredményeink alapján a PKIRL-ban a PI3K/mTOR jelút is aktivált. Nem egyértelmű, hogy a PKIRL sejtjei milyen eredetűek: fenotípusuk jellegzetesen aktivált B sejt-szerű, ugyanakkor a centrum germinatívum hatása is bizonyított. PKIRL-ban az immunrendszer kikerülése gyakran a HLA expresszió elvesztésével és a PD1/PD-L1 kóros expressziójával valósul meg, de több, az immunfelügyelet elkerülésében potenciálisan jelentős mechanizmus feltérképezése még várat magára.
Tanulmányunkban molekuláris és immunhisztokémiai módszerekkel vizsgáljuk a (i) gyakran érintett gének újonnan leírt mutációit, (ii) a potenciálisan jelentős miR-ek expressziós profilját (iii) a PI3K/mTOR jelút aktivitását, (iv) a tumorsejtek eredetét és (v) az immunfelügyelet elkerülésének lehetséges módjait nagy esetszámú PKIRL mintán, majd meghatározzuk ezek patogenetikai és prognosztikus jelentőségét. Eredményeink a PKIRL kialakulásának jobb megértésén túl új biomarkerek és terápiás célpontok felismeréséhez vezethetnek.

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 primer központi idegrendszeri lymphoma (PKIRL) rossz prognózisú betegség csekély terápiás lehetőségekkel. Emiatt a betegség jelentős klinikai kihívást jelent és nagy szükség lenne jobb biomarkerekre és új terápiás célpontokra. A PKIRL eredetét, patogenezisét és molekuláris jellegzetességeit kevéssé ismerjük, ráadásul a legtöbb adat kis esetszámú tanulmányból származik, így a leírt eltérések jelentőségének meghatározásához további validációs vizsgálatok szükségesek. Előzetes eredményeink alapján a PKIRL-ban a PI3K/mTOR jelút is aktivált, melyet korábban még nem írtak le.
Tanulmányunkban olyan, többnyire onkogén jelutakban jelentős gének célzott újraszekvenálását tervezzük, melyek gyakran hordoznak mutációkat PKIRL-ban. Ennek segítségével feltárjuk a betegség mutációs mintázatát és a klonális szerkezetét. Emellett a gyakran érintett jelutak szabályozásában potenciálisan jelentős mikroRNS-ek expressziós profilját is meghatározzuk. Az mTOR jelútban résztvevő fehérjék vizsgálatával feltárjuk, hogy az mTOR út aktivitás hátterében milyen folyamat áll. A tanulmányba szekunder KIRL-ás eseteket is bevonunk, hogy megvizsgáljuk az mTOR esetleges szerepét a lymphoma agyi terjedésében. Szeretnénk meghatározni a tumorsejtek eredetét, és összefüggését a sejtek immunfenotípusával. Vizsgálni kívánjuk az immunfelügyelet elkerülésének lehetséges módjait és eredményeinket összevetjük a tumor mikrokörnyezetében lévő gyulladásos sejtek mennyiségével és összetételével. Eredményeinket egymással és klinikai adatokkal (pl. terápiás válasz, túlélés, szisztémás disszemináció) is összevetjük. Kutatási tervünk sikeres megvalósítása új prediktív biomarkerek és terápiás célpontok felismeréséhez vezet.

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 primer központi idegrendszeri lymphoma (PKIRL) egy ritka, ugyanakkor rossz prognózisú betegség csekély terápiás lehetőségekkel.
Jelen tanulmányunk eredményei a PKIRL molekuláris patogenezisének jobb megértésén túl fontos diagnosztikus és klinikai transzlációs aspektussal is bírnak. Új prediktív biomarkerek felfedezése kulcsfontosságú a betegek prognózisának pontosabb meghatározása, valamint a megfelelő terápia kiválasztása szempontjából. Ugyanakkor legfontosabb, hogy eredményeink a betegek genetikai profilja alapján új célzott terápiák kifejlesztésének lehetőségét is előrevetíthetik a PKIRL-ban szenvedő betegek jobb életkilátásait célozva.

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 primer központi idegrendszeri lymphoma (PKIRL) egy ritka, ugyanakkor rossz prognózisú betegség rövid túléléssel (a teljes medián túlélés 2-4 év) és csekély terápiás lehetőségekkel. Az intenzív kutatómunkák ellenére a betegség kialakulásának és agresszív terjedésének hátterében meghúzódó folyamatokat még ma sem értjük teljesen, ráadásul a legtöbb adat kis esetszámú tanulmányból származik. Jelen tanulmányunkban különböző szempontokból szeretnénk vizsgálni a PKIRL-t viszonylag nagy számú eseten. Vizsgálni tervezzük (i) a lymphoma kialakulásában szerepet játszó különféle gének mutációs gyakoriságait, (ii) szabályozó mikroRNS-ek expressziós szintjét, (iii) az előzetes kutatási eredményeink alapján aktiváltnak tűnő onkogén jelút (PI3K/mTOR) szerepét, (iv) a tumorsejtek eredetét, továbbá (v) azokat a mechanizmusokat, amelyek segítségével a tumorsejtek ki tudnak kerülni az immunfelügyelet alól. Különféle modern molekuláris és immunhisztokémiai technikákkal dolgozunk. Eredményeink a PKIRL kialakulásának jobb megértésén túl, új prognosztikus biomarkerek és új célzott terápiák kifejlesztésének lehetőségét is előrevetíthetik.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Primary central nervous system lymphoma (PCNSL) is characterized by dissemination of an aggressive non-Hodgkin lymphoma, predominantly diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL), within the brain and other central nervous system structures. The outcome of PCNSL is consistently inferior to systemic DLBCL with a median overall survival of 2-4 years, which is partly attributable to the limited choice of cytotoxic agents with the ability to efficiently penetrate the blood-brain barrier. Activated oncogenic pathways including B-cell receptor-, Toll-like receptor-, NFκB- and JAK/STAT pathways, due to genomic aberrations, deregulated protein and miRNA expression have been recently described in PCNSL. Our preliminary results suggest that PI3K/mTOR pathway is also activated in PCNSL. The cell of origin is equivocal in PCNSL, activated B cell-like phenotype is typical, but there is also evidence for germinal center exposure. Loss of HLA expression and aberrant PD1/PD-L1 expression are frequent events in PCNSL to evade immune surveillance, however a variety of potentially important immune escape mechanisms haven’t been studied.
In this study we will use different molecular and immunohistochemical approaches to reveal the pathogenic and prognostic significance of (i) novel mutations in selected candidate genes, (ii) expression profiles of potentially affected miRNAs, (iii) PI3K/mTOR pathway activation, (iv) cell of origin of tumour cells and (v) various immune escape mechanisms in a large cohort of PCNSL cases. The results in addition to obtaining a better understanding of PCNSL development will additionally allow us to offer novel biomarkers and therapeutic targets to PCNSL patients.

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.
Primary central nervous system lymphoma (PCNSL) has a poor outcome and limited therapeutic choices. Therefore, PCNSL represents a significant clinical challenge with an urgent need of better biomarkers and novel therapeutic targets. Indeed, the origin, pathogenesis and molecular characteristics of PCNSL haven’t been fully unraveled and most of the data has emerged from small studies, thus the significance of these alterations requires further validation. Our preliminary results suggest activated mTOR pathway in PCNSL, which hasn’t been previously reported.
We will perform deep targeted resequencing of target genes of pathways found to be frequently mutated in PCNSL, to reveal the mutation patterns and clonal architecture of PCNSL. We aim to perform expression analysis of potentially important microRNAs involved in the regulation of the affected pathways. We will analyze components of mTOR pathway to reveal the mechanisms by which mTOR activation contributes to PCNSL. In addition, cases of secondary CNS lymphoma will be analyzed to reveal the potential role of mTOR pathway in CNS dissemination. We aim to determine the cell of origin of PCNSL and correlate the results to the standard IHC phenotype of cases. We will analyze various potential mechanisms by which PCNSL may evade immune surveillance and correlate these with the amount and subpopulations of inflammatory cells within the microenvironment of the tumor. We will correlate all our results to each other and to clinical data including survival, response to therapy and systemic dissemination. Completion of the proposed research plan may lead to discovery of novel predictive biomarkers and potential therapeutic targets.

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.
Primary central nervous system lymphoma (PCNSL) is a rare disease with a generally poor outcome and with very limited therapeutic choices.
The results of the proposed project will not only eventuate in better understanding in the molecular pathogenesis of PCNSL, but will have important translational aspects in the diagnostic and clinical arena as well. Identification of novel predictive biomarkers is critical for better prognostication of patients as well as appropriate patient selection for different therapies. Most importantly, the results will also allow us to offer novel therapeutic targets based on the patients’ underlying genetic profile, with a goal of improving outcomes of PCNSL patients.

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.
Primary central nervous system lymphoma (PCNSL) is a rare disease with a generally poor outcome and with very limited therapeutic choices resulting in a short patient survival (the median overall survival ranges from 2 to 4 years). Despite intensive research activities, our understanding of the disease remains obscure; moreover, most of the data has emerged from relatively small studies. In this project we will investigate different aspects of PCNSL on a relatively large cohort of patients, including (i) the frequency of mutations of different genes involved in development of lymphomas (ii) the expression level of regulator microRNAs, (iii) the role of an oncogenic pathway (PI3K/mTOR) which is suggested to be activated based on our preliminary results, (iv) the origin of tumour cells and (v) various mechanisms by which tumour cells are able to evade the immune surveillance. We will use different modern molecular and immunohistochemical techniques. Our research will lead to better understanding of PCNSL, and ultimately will allow us to offer novel prognostic biomarkers and potential therapeutic targets to the patients.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Kimutattuk, hogy az mTOR jelút kevesebb PCNSL, mint DLBCL esetben aktív. Ennek ellenére PCNSL-ben fokozott a p-S6 expresszió, ami nem magyarázható minden esetben az mTOR jelút aktivitással és a PASK hozzájárulhat egy mTOR független S6 foszforilációhoz. A PASK expressziót gyakorinak találtuk PCNSL-ben és DLBCL-ben is, ami arra utal, hogy a fehérje szerepet játszat e betegségek pathomechanizmusában. Eredményeink új távlatokat nyithatnak a PCNSL kezelésében. Elsőként alkalmaztuk sikeresen egy nagy, primer és szekunder KIR-i lymphomás betegcsoport FFPE mintáin a molekuláris alcsoport meghatározásához a NanoString LST-assay-t. A vizsgálat alapján több eset tartozott a GC alcsoportba, mint az IHC vizsgálat alapján (13% vs 5%) és ez az irodalmi adatokban fellelhetőnél is jóval magasabb aránynak felel meg. Az assay jól alkalmazható lenne a klinikai gyakorlatban a molekuláris alcsoport pontos meghatározásához és megfelelő célzott terápia kiválasztásához. MiR expresszió különbségeket találtunk a primer és szekunder KIR-i lymphomák, és a molekuláris alcsoportok között, valamint a PRDM1, C-MYC és CARD11 mutációkkal összefüggésben. Azonosítottunk egy kis csoportot a mintákon belül, amelynek a miR expressziós mintázata jelentősen eltér a többi mintáétól abban, hogy 19 miR nem expresszálódik egyáltalán. Az adataink további kutatások alapjait adják, amelyben az egyes miR-ek és érintett jelutak szerepét igazolják a PCNSL pathogenesisében, akár új terápiás célpontok azonosítása érdekében.
Results in English
We showed that mTOR pathway is less frequently activated in PCNSL compared to DLBCL. Even so, there is increased p-S6 expression that cannot entirely be explained by mTOR pathway activity in PCNSL, and PASK may contribute to an mTOR independent S6 phosphorylation. We found frequent PASK expression in PCNSL and in DLBCL, suggesting a potential role of PASK in their pathomechanism. These results may open new perspectives for PCNSL therapy. We successfully applied for the first time the NanoString LST-assay for molecular subtype determination using FFPE samples from a large cohort of patients with primary and secondary CNS lymphoma. Molecular profiling revealed a higher proportion of cases with GC subtype compared to the parallel IHC analysis (13% vs 5%), representing a considerably higher proportion as previously appreciated in the literature. The method may be used in clinical practice for a more precise molecular subtyping and appropriate targeted therapy. We identified differentially expressed miRs between primary and secondary CNS lymphomas, and molecular subtypes, and in association with PRDM1, C-MYC and CARD11 mutation status. We defined a small set of samples with markedly distinct miR expression patterns. The lack of expression of 19 miRs was found to be associated with this small cluster. Our data provide be the basis of future research to prove the importance of specific miRs and pathways in the pathogenesis of PCNSL in order to discover novel therapeutic targets.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=115792
Decision
Yes





 

List of publications

  
Bödör C, Alpár D, Marosvári D, Galik B, Rajnai H, Bátai B, Nagy Á, Kajtár B, Burján A, Deák B, Schneider T, Alizadeh H, Matolcsy A, Brandner S, Storhoff J, Chen N, Liu M, Ghali N, Csala I, Bagó AG, Gyenesei A, Reiniger L.: Molecular Subtypes and Genomic Profile of Primary Central Nervous System Lymphoma., J Neuropathol Exp Neurol., 2020
Sebestyén E, Nagy Á, Marosvári D, Rajnai H, Kajtár B, Deák B, Matolcsy A, Brandner S, Storhoff J, Chen N, Bagó AG, Bödör Cs, Reiniger L: Distinct microRNA expression signatures of primary and secondary central nervous system lymphomas, medRxiv Pathology, 2021
József Virág, Christine Haberler, Gábor Baksa, Violetta Piurkó, Zita Hegedüs, Lilla Reiniger, Katalin Bálint, Monika Chocholous, András Kiss, Gábor Lotz, Tibor Glasz, Zsuzsa Schaff, Miklós Garami, Balázs Hegedűs: Region Specific Differences of Claudin-5 Expression in Pediatric Intracranial Ependymomas: Potential Prognostic Role in Supratentorial Cases, Pathology and Oncology Research, 2016
Teglasi V, Reiniger L, Fabian K, Pipek O, Csala I, Bago AG, Varallyai P, Vizkeleti L, Rojko L, Timar J, Dome B, Szallasi Z, Swanton C, Moldvay J: Evaluating the significance of density, localization, PD-1/PD-L1 immunopositivity of mononuclear cells in the clinical course of lung ADC patients with brain metastasis, NEURO-ONCOLOGY 19: (8) 1058-1067, 2017
Csaba Bödör, Donát Alpár, Dóra Marosvári, Hajnalka Rajnai, Bianka Dudela, Béla Kajtár, Hussain Alizadeh, Beáta Deák, Tamás Schneider, András Matolcsy, Sebastian Brandner, James Storhoff, Nadeem Ghali, Lilla Reiniger: Cell of Origin and Genomic Profile of Primary Central Nervous System Lymphoma Determined Using the Nanostring Lst Assay and Ultra Deep Targeted Next Generation Sequencing, doi: 10.1097/HS9.0000000000000060, 2018
Bödör Csaba, Alpár Donát, Marosvári Dóra, Rajnai Hajnalka, Kajtár Béla, Gángó Ambrus, Bátai Bence, Deák Beáta, Schneider Tamás, Alizadeh Hussain, Matolcsy András, Brandner Sebastian, Storhoff James, Reiniger Lilla: Primer központi idegrendszeri lymphomák sejteredete és genomikai profilja, A Magyar Hematológiai és Transzfúziológiai Társaság XXI. Malignus Lymphoma Kongresszusa, 2018
Marosvári D, Nagy N, Kriston C, Deák B, Hajdu M, Bödör C, Csala I, Bagó AG, Szállási Z, Sebestyén A, Reiniger L: Discrepancy Between Low Levels of mTOR Activity and High Levels of P-S6 in Primary Central Nervous System Lymphoma May Be Explained by PAS Domain-Containing Serine/Threon, J Neuropathol Exp Neurol. 2018 Apr 1;77(4):268-273. doi: 10.1093/jnen/nlx121., 2018
Téglási Vanda, Csűry Dániel T, Dezső Katalin, Bugyik Edina, Szabó Vanessza, Szállási Zoltán, Paku Sándor, Reiniger Lilla: Origin and Distribution of Connective Tissue and Pericytes Impacting Vascularization in Brain Metastases With Different Growth Patterns., JOURNAL OF NEUROPATHOLOGY AND EXPERIMENTAL NEUROLOGY 78: (4) pp. 326-339., 2019
Rojko L, Reiniger L, Teglasi V, Fabian K, Pipek O, Vagvolgyi A, Agocs L, Fillinger J, Kajdacsi Z, Timar J, Dome B, Szallasi Z, Moldvay J: Chemotherapy treatment is associated with altered PD-L1 expression in lung cancer patients, JOURNAL OF CANCER RESEARCH AND CLINICAL ONCOLOGY 144: (7) pp. 1219-1226., 2018
Szurian K, Csala I, Marosvari D, Rajnai H, Dezso K, Bodor C, Piurko V, Matolcsy A, Reiniger L: EZH2 is upregulated in the proliferation centers of CLL/SLL lymph nodes, EXPERIMENTAL AND MOLECULAR PATHOLOGY 105: (2) pp. 161-165., 2018
Bodor Csaba, Alpar Donat, Marosvari Dora, Rajnai Hajnalka, Dudela Bianka, Kajtar Bela, Deak Beata, Matolcsy Andras, Brandner Sebastian, Storhoff James, Ghali Nadeem, Reiniger Lilla: Cell of Origin and Genomic Profile of Primary Central Nervous System Lymphoma Determined Using the Nanostring Lst Assay and Ultra Deep Targeted Next Generation Sequencing, BLOOD 130: (Suppl. 1.) 4009, 2017
Szurián K, Csala I, Piurkó V, Deák L, Matolcsy A, Reiniger L: Quantitative miR analysis in CLL/SLL - proliferation centres are characterized by high miR-92a and miR-155 and low miR-150 expression, LEUKEMIA RESEARCH 58: pp. 39-42., 2017
Bodor C, Reiniger L: Catalog of genetic progression of human cancers: non-Hodgkin lymphoma., CANCER AND METASTASIS REVIEWS 35: (1) pp. 109-127., 2016
Csaba Bödör, Lilla Reiniger: Catalog of genetic progression of human cancers: non-Hodgkin lymphoma, Cancer and Metastasis Reviews, 2016
József Virág, Christine Haberler, Gábor Baksa, Violetta Piurkó, Zita Hegedüs, Lilla Reiniger, Katalin Bálint, Monika Chocholous, András Kiss, Gábor Lotz, Tibor Glasz, Zsuzsa Schaff, Miklós Garami, Balázs Hegedűs: Region Specific Differences of Claudin-5 Expression in Pediatric Intracranial Ependymomas: Potential Prognostic Role in Supratentorial Cases, Pathology and Oncology Research, 2016
Bödör Csaba, Marosvári Dóra, Rajnai Hajnalka, Dudela Bianka, Kajtár Béla, Deák Beáta, Matolcsy András, Sebastian Brandner, Nadeem Ghali, Reiniger LillaL: A primer központi idegrendszeri lymphomák sejteredetének meghatározása NanoString LST assay alkalmazásával, A Magyar Hematológiai és Transzfúziológiai Társaság XXVI. Kongresszusa, 2017
Marosvári Dóra, Nagy Noémi, Deák Beáta, Sebestyén Anna, Szállási Zoltán, Bödör Csaba, Reiniger Lilla: Alacsony MTOR aktivitás primer központi idegrendszeri lymphomákban, A Magyar Hematológiai és Transzfúziológiai Társaság XXVI. Kongresszusa, 2017
Marosvári Dóra, Nagy Noémi, Kriston Csilla, Deák Beáta, Szállási Zoltán, Sebestyén Anna, Reiniger Lilla: mTOR activity is reduced in PCNSL, Semmelweis Symposium, 2016
Kriston C, Bodor C, Szenthe K, Banati F, Bankuti B, Csernus B, Reiniger L, Csomor J, Matolcsy A, Barna G: Low CD23 expression correlates with high CD38 expression and the presence of trisomy 12 in CLL, HEMATOL ONCOL 35: (1) 58-63, 2017
Szurián K, Csala I, Piurkó V, Deák L, Matolcsy A, Reiniger L: Quantitative miR analysis in chronic lymphocytic leukaemia/small lymphocytic lymphoma – proliferation centres are characterized by high miR-92a and miR-155 and low miR-150 expression, LEUKEMIA RES 58: 39-42, 2017
Teglasi V, Reiniger L, Fabian K, Pipek O, Csala I, Bago AG, Varallyai P, Vizkeleti L, Rojko L, Timar J, Dome B, Szallasi Z, Swanton C, Moldvay J: Evaluating the significance of density, localization, and PD-1/PD-L1 immunopositivity of mononuclear cells in the clinical course of lung adenocarcinoma patients with brain metastasis., NEURO-ONCOLOGY 19: (8) 1058-1067, 2017
Marosvari D, Teglasi V, Csala I, Marschalko M, Bodor C, Timar B, Csomor J, Harsing J, Reiniger L: Altered MicroRNA Expression in Folliculotropic and Transformed Mycosis Fungoides, PATHOL ONCOL RES 21: (3) 821-825, 2015



Back »