Titel: Liquid biopsy-based analysis of CTCs and ctDNA in tumor biology, biomarkers screening, and monitoring tumor progression in metastatic cancer patients
Sprache: Englisch
Autor*in: Elazezy, Maha Hossameldin Mahmoud
Schlagwörter: Cancer; Liquid biopsy; Circulating tumor cells (CTCs); Circulating cell free DNA (cfDNA); Breast cancer; Keratin 16
Erscheinungsdatum: 2022
Tag der mündlichen Prüfung: 2022-06-10
Zusammenfassung: 
Cancer patients' long-term survival largely depends on when the primary tumor and/or metastases are diagnosed. Liquid biopsy, including circulating tumor cells (CTCs) and circulating tumor DNA (ctDNA) taken from the blood of cancer patients can reveal critical details about the tumor status and progression. CTCs are considered the seeds of metastases, and their presence in the blood of patients predicts relapse-free and overall survival. Therefore, the phenotyping of cancer patients' CTCs may help translate the mechanisms that lead to tumor metastasis. In metastatic breast cancer patients, Keratin 16 (K16) expression was identified in 64.5% of detected CTCs, and it was associated with shorter relapse-free survival. K16 was found to be a metastasis-associated protein for breast cancer, promoting EMT and enhancing cell motility. Thus, assessing K16-CTCs status may provide predictive information that helps identify patients whose cancers are most likely to metastasize.
ctDNA, on the other hand, can be used to study the entire tumor genome as well as monitor drug response and resistance. BRCA1 promoter methylation is a common epigenetic gene expression regulator in ovarian cancer. The conversion of methylation status is assumed to be the cause of disease recurrence. Liquid biopsy showed high potential and feasibility of monitoring the BRCA1 methylation status in ovarian cancer patients. By developing an MS-PCR-based liquid biopsy assay, we could identify down to 0.03% of methylated DNA in a high background of normal DNA with 100% specificity. BRCA1 promoter hypermethylation was detected in 60% of ovarian cancer patients, and we found that 24% of them lost their hypermethylation patterns during treatment. Multivariate survival analyses showed that the relapses are independent events, and the hypermethylation and methylation conversion are independently correlated to more prolonged relapse-free survival. Indeed, longitudinal monitoring of BRCA1 methylation status in cfDNA may be a predictive marker.
In estrogen receptor (ER)-positive metastatic breast cancer, ER is considered a direct target of endocrine therapy. The investigation of ER-CTCs status may have a predictive value for endocrine therapy response. We found that the status of CTC was positively associated with progression-free survival. A higher number of CTCs during therapy was linked to disease progression, while a lower or stable number of CTCs was associated with a better outcome. However, only a third of metastatic breast cancer patients with ER-positive initially diagnosed had detectable ER-positive CTCs. The detection and monitoring of ER-CTCs status seem to be essential in the management of breast cancer patients, which could be tested as a potential source of endocrine therapy resistance.
ctDNA and CTCs are becoming crucial in clinical analysis for screening cancer by providing information about the genetic make-up of the total tumor burden present in the patient. In metastatic breast cancer, increasing ESR1 and PIK3CA mutations result in resistance to endocrine therapy. The clinical significance of these genes with FOXA1 and GATA3 is unknown. Using MassARRAY-UltraSEEK® technology could detect and monitor the hotspot mutations of ESR1, PI3KCA, FOXA1, GATA3, AKT1, ERBB2, and TP53 genes in cfDNA and CTCs. Longitudinal analysis of cfDNA and CTCs revealed a signature subclone with significant prognostic information in breast tumor guidelines. Patients with subclones of FOXA1 (pE24K) and GATA3 (pD336fs17) mutations, their tumors were more likely to progress. Both mutations were considerably raised upon chemotherapy alone or combined with endocrine therapy agents during tumor progression and at a progressive phase of a tumor. The combination of GATA3 with FOXA1, PIK3CA, and/or ESR1 was a strong predictor of tumor resistance and progression in patients with ER-positive metastatic breast cancer.
Overall, Liquid biopsy-based biomarkers like ctDNA and CTCs together could provide unique opportunities for real-time monitoring disease progression and give more detailed information on genetic variations, as well as predictive therapeutic information for clinical management and patient outcomes.

Das langfristige Überleben von Krebspatienten hängt stark davon ab, wann der Primärtumor und/oder die Metastasen diagnostiziert werden. Flüssigbiopsien, zirkulierende Tumorzellen (CTCs) und zirkulierende Tumor-DNA (ctDNA) einschließend, die aus dem Blut von Krebspatienten entnommen werden, können kritische Details über den Tumorstatus und den Fortschritt aufdecken. CTCs gelten als die Saat von Metastasen, und ihre Anwesenheit im Blut von Patienten gibt Aussagen über einen möglichen Rückfall und das Gesamtüberleben. Daher kann die Phänotypisierung der CTCs von Krebspatienten helfen die Mechanismen zu übersetzen, die zu Tumormetastasen führen. Bei Patientinnen mit metastasiertem Brustkrebs wurde die Expression von Keratin 16 (K16) in 64,5% der nachgewiesenen CTCs identifiziert und war mit einem kürzeren rückfallfreien Überleben verbunden. Es wurde festgestellt, dass K16 ein Metastasen-assoziiertes Protein für Brustkrebs ist, das EMT fördert und die Zellmotilität erhöht. Daher kann die Beurteilung des K16-CTCs-Status prädiktive Informationen liefern, die dabei helfen, Patienten zu identifizieren, deren Krebs höchstwahrscheinlich metastasiert.
ctDNA hingegen kann verwendet werden, um das gesamte Tumorgenom zu untersuchen sowie das Ansprechen und die Resistenz von Medikamenten zu überwachen. Die Methylierung des BRCA1-Promotors ist ein häufiger epigenetischer Genexpressionsregulator bei Eierstockkrebs. Als Ursache für das Wiederauftreten der Erkrankung wird die Konversion des Methylierungsstatus angenommen. Die Flüssigbiopsie zeigte das hohe Potenzial und die mögliche Durchführung der Überwachung des BRCA1-Methylierungsstatus bei Patientinnen mit Eierstockkrebs. Durch die Entwicklung eines MS-PCR-basierten Flüssigbiopsie-Assays konnten wir bis zu 0,03 % methylierter DNA in einem hohen Hintergrund normaler DNA mit 100 % Spezifität identifizieren. Bei 60 % der Patientinnen mit Eierstockkrebs wurde eine BRCA1-Promotor-Hypermethylierung festgestellt, und wir fanden heraus, dass 24 % von ihnen ihre Hypermethylierungsmuster während der Behandlung verloren. Multivariate Überlebensanalysen zeigten, dass die Rückfälle unabhängige Ereignisse sind und die Hypermethylierung und Methylierungskonversion unabhängig mit einem verlängerten rückfallfreien Überleben korreliert sind. Tatsächlich kann eine Längsüberwachung des BRCA1-Methylierungsstatus in cfDNA ein prädiktiver Marker sein.
Bei Östrogenrezeptor (ER)-positivem metastasierendem Brustkrebs gilt ER als direktes Ziel der endokrinen Therapie. Die Untersuchung des ER-CTCs-Status kann einen prädiktiven Wert für das Ansprechen der endokrinen Therapie haben. Wir fanden, dass der CTC-positiver Status mit dem progressionsfreien Überleben assoziiert war. Eine höhere Anzahl von CTCs während der Therapie war mit dem Fortschritt der Krankheit verbunden, während eine niedrigere oder stabilere Anzahl von CTCs mit einem besseren Ergebnis für die Patientinnen assoziiert war. Allerdings hatte nur ein Drittel der Patientinnen mit metastasiertem Brustkrebs, welche zu Beginn als ER-positiv diagnostiziert wurden, nachweisbare ER-positive CTCs. Der Nachweis und die Überwachung des ER-CTC-Status scheinen bei der Behandlung von Brustkrebspatientinnen von wesentlicher Bedeutung zu sein, was als potenzielle Quelle für endokrine Therapieresistenz in ferner Zukunft werden könnte.
ctDNA und CTCs werden in der klinischen Analytik zum Screening von Krebs immer wichtiger, da sie Informationen über die genetische Ausstattung der gesamten im Patienten vorhandenen Tumorlast liefern. Bei metastasiertem Brustkrebs führen zunehmende ESR1- und PIK3CA-Mutationen zu einer Resistenz gegenüber einer endokrinen Therapie. Die klinische Bedeutung dieser Gene bei FOXA1 und GATA3 ist unbekannt. Mithilfe der MassARRAY-UltraSEEK®-Technologie konnten die Hotspot-Mutationen der ESR1, PI3KCA, FOXA1, GATA3, AKT1, ERBB2 und TP53 Gene in cfDNA und in CTCs nachgewiesen und überwacht werden. Die Längsanalyse von cfDNA und CTCs ergab einen charakteristischen Subklon mit signifikanten prognostischen Informationen in den Leitlinien für Brusttumore. Bei Patienten mit Subklonen von FOXA1 (pE24K) und GATA3 (pD336fs17) Mutationen war die Wahrscheinlichkeit einer Tumorprogression höher. Beide Mutationen waren bei alleiniger Chemotherapie oder in Kombination mit endokrinen Therapiemitteln während der Tumorprogression und in einer progressiven Phase eines Tumors erheblich erhöht. Die Kombination von GATA3 mit FOXA1, PIK3CA und/oder ESR1 war ein starker Prädiktor für die Tumorresistenz und den Fortschritt bei Patientinnen mit ER-positivem und metastasiertem Brustkrebs.
Insgesamt könnten Flüssigbiopsie-basierte Biomarker wie ctDNA und CTCs zusammen einzigartige Möglichkeiten für die Echtzeitüberwachung des Krankheitsverlaufs bieten und detailliertere Informationen zu genetischen Variationen sowie prädiktive therapeutische Informationen für das klinische Management und die Patientenergebnisse liefern.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/9661
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-101249
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Pantel, Klaus
Lenz, Tobias
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

Dateien zu dieser Ressource:
Datei Beschreibung Prüfsumme GrößeFormat  
Maha Elazezy_PhD Thesis 2022.pdf87318b6a423f18969953fe77204cd1d150.49 MBAdobe PDFÖffnen/Anzeigen
Zur Langanzeige

Info

Seitenansichten

205
Letzte Woche
Letzten Monat
geprüft am 28.03.2024

Download(s)

153
Letzte Woche
Letzten Monat
geprüft am 28.03.2024
Werkzeuge

Google ScholarTM

Prüfe