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Lombardi, Giuseppe (2014) 2-Hydroxyglutarate as a biomarker in glioma patients. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

Background: mutation of IDH1 gene is a prognostic factor and a diagnostic hallmark of gliomas. Mutant IDH1 enzyme can convert α-KG into 2-Hydroxyglutarate (2HG) and mutated gliomas have elevated amounts of intracellular 2HG. Since 2HG is a small molecule it seems possible that it could reach the systemic circulation and to be excreted by urine. And so, we analyzed 2HG concentration in plasma and urine in glioma patients to identify a surrogate biomarker of IDH1 gene mutation.
Materials and Methods: All patients had a prior histological confirmation of glioma, a recent brain MRI (within 2 weeks) showing the neoplastic lesions. The exclusion criteria were any chemotherapy performed within 28 days prior, other neoplastic and metabolic diseases. Plasma and urine samples were taken from all patients and 2HG concentrations determined by liquid chromatography tandem mass spectrometry; exon 4 of IDH1 genes were analyzed by Sanger sequencing; differences in metabolite concentrations between mutant and wild-type IDH1 patients were examined with the Mann-Whitney U test for non-parametric data; Student’s t-test was used to compare parametric data. ROC curve was used to evaluate the cut off value of the 2HG biomarker.
Results: 84 patients were enrolled: 38 with IDH1 mutated and 46 IDH1 wild-type.
All the mutations were R132H. Among patients with mutant IDH1 we had 21 highgrade gliomas (HGG) and 17 low-grade gliomas (LGG); among patients with IDH wild-type we had 35 HGG and 11 LGG.. In all patients we analyzed the mean 2HG concentration in plasma (P_2HG), in urine (U_2HG) and the ratio between P_2HG and U_2HG (R_2HG).
We found an important significant difference in R_2HG between glioma patients with and without IDH1 mutation (22.2 versus 15.6, respectively, p<0.0001). The optimal cut-off value of R_2HG to identify glioma patients with and without IDH mutation was 19 (sensitivity 63%, specificity 76%, accuracy 70%); in only PTS with HGG the optimal cut-off value was 20 (sensitivity 76%, specificity 89%, accuracy 84%, positive predictive value 80%, negative predictive value 86%). No associations between the grade or size of tumor and R_2HG were found. In 7 patients with highgrade gliomas we found a correlation between R_2HG value and response to treatment.
Conclusions: analyzing R_2HG derived from individual plasma and urine 2HG levels is possible discriminate glioma patients with and without IDH mutation, in particular in high grade gliomas. Moreover, a larger samples need to be analyzed to investigate this method in patients follow-up for recurrence detection and to monitor treatment efficacy.

Abstract (italiano)

Background: la mutazione del gene IDH1 rappresenta un importante fattore prognostico e diagnostico per i tumori gliali. L’enzima IDH1 avente la mutazione ha la capacità di convertire α-KG in 2-Idrossiglutarato (2HG) e i gliomi mutati hanno una elevata concentrazione di 2HG all’interno delle cellule tumorali. Poichè 2HG è una piccola molecola, tale metabolita potrebbe raggiungere la circolazione sistemica ed essere escreta con le urine. Per tale ragione, nel nostro studio abbiamo analizzato la concentrazione di 2HG nel plasma e nelle urine nei pazienti con glioma per identificare un biomarcatore surrogato della presenza della mutazione IDH1.
Materiali e Metodi: per l’arruolamento, tutti i pazienti dovevano avere avuto una precedente conferma istologica di glioma, una recente risonanza magnetica cerebrale (entro 2 settimane) mostrante la lesione tumorale. Qualsiasi chemioterapia eseguita nei 28 giorni precedenti l’analisi del metabolita, la presenza di altre malattie tumorali e malattie metaboliche escludevano l’arruolamento del paziente. Campioni plasmatici e urinari sono stati ottenuti da tutti i pazienti e le concentrazioni di 2HG ottenute mediante cromatografia liquida-spettrometria di massa; il test di Mann-Whitney è stato usato per calcolare le differenze di concentrazione dei metaboliti tra pazienti con IDH1 mutato e non-mutato, per dati non parametrici; il test di Student per comparare dati parametrici. La curva ROC è stata usata per calcolare il valore di cut-off del 2HG come biomarcatore.
Risultati: sono stati arruolati 84 pazienti: 38 con IDH1 mutato e 46 con IDH1 wildtype.
Tutte le mutazioni sono state R132H. Tra i pazienti con mutazione IDH1 abbiamo avuto 21 gliomi ad alto grado (HGG) e 17 gliomi a basso grado (LGG). Tra i pazienti con IDH1 wild-type abbiamo avuto 35 pazienti con HGG e 11 con LGG. In tutti i pazienti abbiamo analizzato la concentrazione media di 2HG nel plasma (P_2HG), nell’urina (U_2HG) e il rapporto tra la concentrazione plasmatica e urinaria (R_2HG). E’ emersa una importante differenza statisticamente significativa per l’R_2HG tra pazienti con e senza mutazione dell’IDH1 (22.2 verso 15.6, p<0.0001). Il cut-off ottimale di R_2HG per identificare lo stato mutazionale di IDH1 nei pazienti con glioma è risultato essere 19 (sensibilità 63%, specificità 76%, accuratezza 70%); nei soli pazienti con glioma ad alto grado il cut-off ottimale è risultato essere 20 (sensibilità 76%, specificità 89%, accuratezza 84%, valore predittivo positivo 80%, valore predittivo negativo 86%). Non è emersa nessuna associazione tra il grado o la dimensione del tumore con il valore di R_2HG. In 7 pazienti con glioma ad alto grado analizzati abbiamo, inoltre, trovato una correlazione tra il valore di R_2HG e la risposta al trattamento.
Conclusioni: attraverso l’analisi di R_2HG, derivato dalla concentrazione plasmatica e urinaria di 2HG, è possibile discriminare gliomi con e senza mutazione IDH1, soprattutto in gliomi di alto grado. Occorrerà analizzare un campione più grande di pazienti con glioma per investigare tale metodica anche nel follow up allo scopo di individuare precocemente la recidiva di malattia e per monitorare l’efficacia del trattamento.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Zagonel, Vittorina
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 26 > Scuole 26 > ONCOLOGIA E ONCOLOGIA CHIRURGICA
Data di deposito della tesi:28 Gennaio 2014
Anno di Pubblicazione:28 Gennaio 2014
Parole chiave (italiano / inglese):glioma, 2-hydroxyglutarate, IDH, brain tumors
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 06 - Scienze mediche > MED/06 Oncologia medica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Scienze Chirurgiche Oncologiche e Gastroenterologiche
Codice ID:6464
Depositato il:21 Mag 2015 10:25
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