Caracterización molecular y validación de nuevos biomarcadores para la detección precoz del cáncer de páncreas familiar
- Autores: Emma Barreto Melián
- Directores de la Tesis: Julie Earl (dir. tes.), Alfredo Carrato Mena (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Laura Muinelo Romay (presid.), Ana García García de Paredes (secret.), Loehr Johannes Matthias (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Salud por la Universidad de Alcalá
- Materias:
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- Resumen
- español
Está previsto que el adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC) se convierta en la segunda causa principal de muerte relacionada con el cáncer para 2030. Las bajas tasas de supervivencia se deben principalmente a la ausencia de síntomas específicos y al diagnóstico tardío, con solo el 20% de los tumores siendo candidatos a una resección potencialmente curativa, aunque con una alta tasa de recurrencia. Los antecedentes familiares y la predisposición genética son los factores de riesgo no modificables más importantes, con un riesgo de PDAC mayor según aumenta el número de familiares afectados. Este subgrupo representa hasta el 15% del total de casos diagnosticados de PDAC. Algunas familias presentan mutaciones germinales en genes de susceptibilidad al cáncer bien conocidos, como BRCA2, CDKN2A, STK11 o MLH1, y se clasifican como cáncer de páncreas hereditario. Sin embargo, para la mayoría de las familias, la causa genética de la enfermedad sigue siendo desconocida y se clasifican como cáncer de páncreas familiar (FPC). Los familiares de primer grado sanos de familias con cáncer de páncreas hereditario o FPC son la única población de alto riesgo que se incluye en programas de cribado basados en imágenes para la detección temprana, según las guías europeas e internacionales actuales.
Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue identificar la base genética del FPC en casos diagnosticados de PDAC con sospecha de FPC, así como la comparación con casos esporádicos. Además, se validaron biomarcadores para la detección temprana de PDAC y sus lesiones precursoras con el objetivo de mejorar el pronóstico.
La secuenciación dirigida mediante panel identificó variantes germinales patogénicas y potencialmente patogénicas en genes de cáncer hereditario previamente descritos en el 25% de los casos de FPC, que podrían asociarse con el fenotipo familiar descrito. Estos genes incluyeron MUTYH, ATM, CDKN2A, BRCA2, TP53, CHEK2, CFTR, MLH1, MSH2 y TET2. La naturaleza patogénica de las variantes encontradas se validó mediante un análisis independiente utilizando una plataforma de síndromes de cáncer hereditario basada en la población española (SpadaHC), evaluando su utilidad para estudios futuros.
El setenta y cinco por ciento de los casos con antecedentes familiares de PDAC carecían de variantes patogénicas o potencialmente patogénicas en genes de susceptibilidad al cáncer conocidos, aunque se encontraron nuevas variantes de riesgo a través de la secuenciación del exoma completo en la mayoría de estos casos. Estas variantes afectaron a genes proto-oncogénicos (BAG5, PLAU, TNFAIP8, THPO, ACVR1, EIF4EBP1), reparación del ADN (NPR2, CCAR2), genes supresores de tumores (TSPAN32, ING1, IFIH1), componentes del citoesqueleto (KIAA0586, ODF2), estructuras de adhesión (ITGB4, SGCA, FAM187A, DSC3, MUC4, MUC6, MUC16) y transportadores de membrana (ABCA4, ABCB7, ATP1B). Se encontraron variantes patogénicas y potencialmente patogénicas en genes de susceptibilidad al cáncer en casos clasificados clínicamente como esporádicos (ATM, MUTYH, MLH3, KIF1B y CFTR), lo que abre la puerta a futuros estudios para investigar las características de este subconjunto de pacientes.
Aproximadamente el 50% de la cohorte de alto riesgo tenía variantes germinales patogénicas y probablemente patogénicas en genes de susceptibilidad al cáncer, en genes como ATM, MLH1, CDKN2A, BRCA1, BRCA2, MUTYH y CFTR. Además, se encontraron variantes adicionales en genes previamente no descritos que podrían asociarse con el fenotipo familiar, particularmente en individuos con anomalías pancreáticas detectadas por pruebas de imagen. Cuatro familias que fueron negativas para variantes patogénicas mediante la secuenciación de paneles fueron analizadas en profundidad mediante secuenciación del exoma. Se encontraron variantes patogénicas y potencialmente patogénicas en los genes CDC45, GLB1, ABCA4, C6, AGER, MTHFR, GJB2, MUC6, MUC4, TAS2R14, CLN3, KISS1R, BCAT1, CPT2 y CCDC141, demostrando la amplia variabilidad genética de este síndrome y la utilidad de los estudios genéticos para identificar genes asociados con el fenotipo familiar.
En cuanto a los loci de alto riesgo, se encontró una asociación entre el SNP rs708224 en BICD1 previamente descrito y los casos de PDAC e individuos con antecedentes familiares de PDAC. También se encontró una posible asociación entre el polimorfismo rs7771466 en DPP6 y los casos con FPC, sin embargo, no fue estadísticamente significativa debido al tamaño de la cohorte.
Finalmente, se estudiaron diferentes biomarcadores de proteínas basadas en suero para explorar su uso potencial en la detección temprana de PDAC. Se evaluaron los niveles de osteopontina y factor de crecimiento de hepatocitos en suero como biomarcadores discriminativos en diferentes cohortes, incluyendo casos de PDAC, controles sanos e individuos de alto riesgo. Sin embargo, no mejoraron la sensibilidad en comparación con los marcadores estándar actuales, CA19-9 y CEA. Se validó una firma de biomarcadores propuesta para distinguir entre lesiones IPMN de alto y bajo grado, así como entre individuos con y sin anomalías pancreáticas a través de imágenes del páncreas. La combinación de CEA, MUC17 y CSF2RA permitió distinguir a los individuos con lesiones pancreáticas de alto riesgo de aquellos con anomalías de bajo riesgo, con una especificidad del 87.5% y una sensibilidad del 80%.
En conclusión, este estudio demostró que los casos de PDAC con antecedentes familiares tienen variantes germinales patogénicas que afectan los procesos de reparación del ADN y la estructura del citoesqueleto que podrían estar relacionadas con el riesgo de PDAC. Se identificaron nuevos genes y variantes en casos de PDAC e individuos de alto riesgo con síndrome de FPC que pueden explicar el fenotipo de la enfermedad en estas familias. La detección de variantes potencialmente patogénicas en casos aparentemente esporádicos sugiere que no solo los antecedentes familiares definen el riesgo. Además, los paneles de biomarcadores basados en suero han permitido la creación de modelos predictivos con una alta sensibilidad y especificidad para identificar a individuos con mayor riesgo de progresión a PDAC.
- English
Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is expected to become the second leading cause of cancer related death by 2030. Low survival rates are primarily due to the absence of specific symptoms and late diagnosis, with only 20% of tumors being candidates for a potentially curative resection, albeit with a high recurrence rate. Family history and genetic predisposition are the most important non-modifiable risk factors, with the risk of PDAC increasing with the number of affected relatives. This sub-group accounts for up to 15% of total diagnosed PDAC cases. Some families present germline mutations in well-known cancer susceptibility genes, such as BRCA2, CDKN2A, STK11 or MLH1 and are classified as hereditary pancreatic cancer. However, for most families, the genetic cause of the disease remains unknown and these are classified as familial pancreatic cancer (FPC). Healthy first-degree relatives of families with hereditary or FPC are the only high-risk population to be entered into imaging based screening programs for early detection, based on current European and International guidelines.
Thus, the aim of this study was to identify the genetic basis of FPC in diagnosed PDAC cases with a suspicion of FPC as well as sporadic cases for comparison. Furthermore, biomarkers for the early detection of PDAC and its precursor lesions were validated with the aim to improve outcome.
Targeted panel sequencing identified pathogenic and potentially pathogenic germline variants in previously described hereditary cancer genes in 25% of FPC cases, which could be associated with the described familial phenotype. These genes included MUTYH, ATM, CDKN2A, BRCA2, TP53, CHEK2, CFTR, MLH1, MSH2 and TET2. The pathogenic nature of the variants found were validated through an independent analysis using a hereditary cancer syndrome platform based on the Spanish population (SpadaHC), assessing its utility for future studies.
Seventy five percent of cases with a family history of PDAC did not have pathogenic or potentially pathogenic variant in known cancer susceptibility genes, although novel risk variants were found through whole exome sequencing in the majority of these cases. These variants affected proto-oncogenic (BAG5, PLAU, TNFAIP8, THPO, ACVR1, EIF4EBP1), DNA repair (NPR2, CCAR2), tumor suppressor genes (TSPAN32, ING1, IFIH1), cytoskeleton components (KIAA0586, ODF2), adhesion structures (ITGB4, SGCA, FAM187A, DSC3, MUC4, MUC6, MUC16) and transmembrane transporters (ABCA4, ABCB7, ATP1B). Pathogenic and potentially pathogenic variants in cancer susceptibility genes were found in clinically classified sporadic cases (ATM, MUTYH, MLH3, KIF1B and CFTR), opening the door for future studies to investigate the characteristics of this subset of patients.
Approximately 50% of the high-risk cohort had germline pathogenic and likely pathogenic variants in cancer susceptibility genes, in genes such as ATM, MLH1, CDKN2A, BRCA1, BRCA2, MUTYH and CFTR. Furthermore, additional variants were found in previously undescribed genes that could be associated with the familial phenotype, particularly in individuals with pancreatic abnormalities detected by imaging tests. Four families that were negative for pathogenic variants by panel sequencing were analyzed in-depth by exome sequencing. Pathogenic and potentially pathogenic variants were found in CDC45, GLB1, ABCA4, C6, AGER, MTHFR, GJB2, MUC6, MUC4, TAS2R14, CLN3, KISS1R, BCAT1, CPT2 and CCDC141 genes, demonstrating the wide genetic variability of this syndrome and the utility of genetic studies to identify genes associated with the familial phenotype.
Regarding high-risk loci, an association was found between the previously described SNP rs708224 in BICD1 and PDAC cases and individuals with a family history of PDAC. A possible association was also found between the polymorphism rs7771466 in DPP6 and cases with FPC, however, it was not statistically significant due to the cohort size.
Finally, different serum based protein biomarkers were studied to explore their potential use for the early detection of PDAC. Osteopontin and hepatocyte growth factor levels in serum as discriminative biomarkers were evaluated in different cohorts including PDAC cases, healthy controls and high-risk individuals. However, they did not improve the sensitivity compared to the current standard markers, CA19-9 and CEA. A proposed biomarker signature was validated to distinguish between high- and low-grade IPMN lesions, as well as between individuals with and without pancreatic abnormalities via pancreas imaging. The combination of CEA, MUC17 and CSF2RA allowed to distinguish individuals with high-risk pancreatic lesions from those with low-risk abnormalities, with 87.5% specificity and 80% sensitivity.
In conclusion, this study demonstrated that PDAC cases with a family history have pathogenic germline variants that affect DNA repair processes and cytoskeletal structure that could be related to PDAC risk. New genes and variants were identified in PDAC cases and high-risk individuals with FPC syndrome, and may explain the disease phenotype in these families. Furthermore, the detection of potentially pathogenic variants in apparently sporadic cases suggests that family history alone does not define risk. In addition, serum based multi-biomarker panels has enabled the creation of predictive models with a high sensitivity and specificity for identifying individuals at a higher risk of the progression to PDAC.
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