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Cangiano, daniela (2015) Detection of KCNJ5 mutations in the APA tissues and
cell-free DNA with a novel Taqman-based approach.
[Tesi di dottorato]

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Tesi non accessible fino a 31 Dicembre 2017 per motivi correlati alla proprietà intellettuale.
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Abstract (inglese)

Background: Primary aldosteronism (PA) is the most common endocrine form of secondary arterial hypertension with an estimated prevalence of ~ 11.2% in patients referred to specialized centers and 4% in primary care, but as high as 50% in patients with resistant hypertension. The two main forms of PA are: aldosterone-producing adenoma (APA), surgically curable with the removal of adenoma that is able to overproduce aldosterone, and bilateral adrenocortical hyperplasia (BAH), which needs drug therapy. About ~ 30% APAs have somatic mutations in KCNJ5 gene that encodes for the potassium channel (KIR3.4), which plays a crucial role in the maintenance of the cell membrane by pumping potassium (K+) out of the cells, thereby producing a negative membrane potential. The KCNJ5 channels that contain G151R, T158A, or L168R mutations cause membrane permeability to Na+, resulting in Na+ entry, cell depolarization, constitutive aldosterone production, and cell proliferation.
The standard approach used to detect the mutations in KCNJ5 gene is sequencing of DNA extracted from adrenal tissue of hypertensive patients with lateralized excess in aldosterone production. However, DNA sequencing is a time consuming and rather expensive technique not feasible in all standard laboratories.
Aims of our study were 1) to develop a strategy for genotyping DNA extracted from the adrenal tissue, which exploited a TAQ-MAN based PCR technology; 2) to evaluate if such Taq-Man-base technology allows detection of KCNJ5 mutations in the adrenal tissue and cf-DNA isolated from peripheral blood.

Methodologic Approach:

1. Development of a novel strategy based on Taq-man probe to detect KCNJ5 mutations
2. Development of a protocol to isolate cf-DNA from blood collected in the inferior vena cava and adrenal veins.
3. Measurement of cf-DNA concentration and assessment of its fragmentation.
4. Identification of KCNJ5 mutation in cf-DNA

Results: By applying the novel technology based on Taq-man probe we correctly identified 30 mutated patients in a cohort of 50 consecutive APA patients, with no misclassification.
After isolating cf-DNA from the adrenal veins and inferior cava blood, and measuring its concentration, we evaluated cf-DNA fragmentation with the integrity index in 24 samples. Integrity index < 1 suggested that cf-DNA was released from the adrenal tissue through an apoptotic mechanism. HRM analysis of cf-DNA isolated from adrenal blood allowed us to identify the KCNJ5 mutation in the APA side.
Conclusions and perspectives: The novel technology based on Taq-man probe allowed detection of all mutated patients in the examined cohort of APA patients, thus proving that this strategy could be used as an alternative to DNA sequencing. The results of our study also showed the feasibility to isolate cf-DNA from small amount of blood collected from the adrenal veins, and suggested that KCNJ5 mutations may be detected in cf-DNA. However, this approach needs to be verified for a larger population to determine feasibility and accuracy.
If confirmed, analysis of cf-DNA isolated from the peripheral venous blood could be helpful for an early detection of KCNJ5 mutations and therefore for the selection of PA patients to be submitted to adrenal vein sampling. Furthermore, this strategy could be also useful for detecting KCNJ5 germline mutations responsible for the rare hereditary form of hyperaldosteronism FH-3.

Abstract (italiano)

Backgouund. L’Iperaldosteronismo primario (PA) è la forma endocrina più comune d’ipertensione arteriosa secondaria con una prevalenza stimata di circa il 4% nella popolazione generale e dell’11% nei pazienti che afferiscono ai centri di riferimento per l’ipertensione. Nei pazienti con ipertensione resistente la prevalenza del PA è stimata pari al 50%, mostrando che tale patologia non è così rara come ritenuto in passato.
Le due forme principali di PA sono l’adenoma producente aldosterone (APA), caratterizzato da iperproduzione lateralizzata di aldosterone, e l’iperplasia surrenalica bilaterale (BAH). La distinzione tra le due forme è di cruciale importanza poiché la prima richiede terapia chirurgica, mentre la seconda terapia medica. Considerando che la rimozione dell’APA determina la correzione del quadro biochimico-clinico di PA e la cura o il miglioramento dell’ipertensione, il riconoscimento dell’APA è fondamentale per offrire una chance di guarigione dell’ipertensione o di miglioramento del controllo dei valori pressori ai pazienti che ne sono affetti.
Il 40% degli APA presenta mutazioni somatiche nel gene KCNJ5 che codifica per il canale del potassio KIR 3.4. Questo canale gioca un ruolo fondamentale nel mantenimento del potenziale di membrana pompando il K+ al di fuori della cellula, provocando in tal modo un potenziale di membrana negativo. Allorquando il gene KCNJ5 contiene le mutazioni G151R, T158A o L168R il canale KIR 3.4 acquisisce capacità di condurre Na+ all’interno della cellula. Gli effetti della mutazione a livello della cellula sono depolarizzazione cronica, produzione costitutiva di aldosterone e proliferazione cellulare.
L’approccio attualmente in uso per identificare tali mutazioni è il sequenziamento, secondo Sanger, del DNA estratto dal tessuto surrenalico rimosso durante surrenectomia nei pazienti con PA e iperproduzione lateralizzata di aldosterone. Il sequenziamento del DNA, tuttavia, è costosa richiede tempo e non è disponibile di routine in tutti i laboratori.
Scopo generale dello studio è stato quello di sviluppare una strategia alternativa al sequenziamento che preveda l’uso delle sonde Taq-man in Real Time PCR (Q-PCR) per il rilevamento di mutazioni KCNJ5 nel tessuto surrenalico e nel DNA circolante (cell-free DNA, cf-DNA) isolato da sangue periferico. Lo sviluppo di questa metodologia potrebbe semplificare notevolmente l’identificazione delle mutazioni KCNJ5 negli APA e, infine, permetterne la detenzione nel DNA del sangue circolante.
In sintesi, l’approccio metodologico include:

sviluppo di una nuova strategia basata sull’utilizzo delle sonde Taq-man per rilevare le mutazioni nel gene KCNJ5.

Sviluppo di un protocollo per isolare il cf-DNA da sangue delle vene surrenaliche e dalla vena cava inferiore.

Misurazione della concentrazione del cf-DNA valutandone la sua frammentazione.

Identificazione di mutazioni nel gene KCNJ5 a partire dal cf-DNA


Risultati. Applicando la tecnologia sviluppata nel nostro laboratorio, basata sulle sonde Taq-man, sono stati identificati correttamente 30 pazienti mutati in una coorte di 50 pazienti APA consecutivi, senza errori di classificazione.
Dopo aver isolato il cf-DNA dal sangue delle vene surrenaliche e dalla vena cava inferiore, e misurato la sua concentrazione, abbiamo valutato la frammentazione del cf-DNA in 24 campioni con l'indice di integrità. I bassi valori dell’indice d’integrità riscontrati nei cf-DNA isolati da sangue venoso surrenalico suggeriscono che la ghiandola surrenalica rilasci per apoptosi frammenti di DNA. L’analisi HRM dei cf-DNA isolati dal sangue delle vene surrenaliche di un paziente con un APA sinistro contenente la mutazione L168R ha permesso d’identificare correttamente la mutazione nel cf-DNA isolato dalla vena surrenalica sinistra.
Conclusioni e prospettive. La tecnologia basata sulle sonde Taq-man ha permesso d’identificare, senza errori di misclassificazione, in una coorte di 50 pazienti con APA, tutti i 30 pazienti che presentano una mutazione del gene KCNJ5. Tale strategia, pertanto, potrebbe rappresentare un’alternativa alla ben più lunga e complessa tecnica basata sul sequenziamento del DNA. I risultati del nostro studio hanno anche mostrato che è possibile isolare il cf-DNA da esigue quantità di sangue raccolto dalle vene surrenaliche permettendo l’identificazione delle mutazioni KCNJ5 usando il cf-DNA tramite approccio combinato sonde Taq-man e analisi HRM. Quest’ultimo approccio, che prevede l’uso del cf-DNA richiede, tuttavia, conferma in un ampio numero di soggetti. La stessa strategia potrebbe anche essere impiegata in futuro per la rilevazione di mutazioni germinali KCNJ5 responsabili della nota forma ereditaria d’iperaldosteronismo FH-3.



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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Seccia, Teresa Maria
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 27 > corsi 27 > Ipertensione Arteriosa e Biologia Vascolare
Data di deposito della tesi:30 Aprile 2015
Anno di Pubblicazione:30 Aprile 2015
Parole chiave (italiano / inglese):cf-DNA, KCNJ5 mutation, primary aldosteronism
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 06 - Scienze mediche > MED/09 Medicina interna
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Medicina
Codice ID:8770
Depositato il:12 Nov 2015 09:31
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Bibliografia

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