Large-scale Genomic Instability: Biological and Prognostic Importance of DNA index, Binucleated cells and PLK1

Kreftceller utviser instabilitet i genomet, altså at DNA foreligger i en mengde og organisasjon som avviker fra normale, friske celler. Friske celler er diploide, mens aneuploide celler utviser abnormal DNA-mengde. DNA-ploidi-analyse viser seg å være et nyttig verktøy som kan brukes til å stille prognose for pasientens sykdomsforløp. For å evaluere hvorvidt DNA-ploiditet tilføyer verdifull informasjon til tradisjonelle markører, har vi gjennomgått artikler om prognostisk verdi av aneuploidi i utbredte krefttyper: gynekologiske krefttyper, kolorektalkreft, prostatakreft m.m. Det er tydelig at ploidistatus bidrar til å kvantifisere risikoen for tilbakefall i kreftsykdommer i tidlig stadium, men tilbyr ikke et fasitsvar for klinisk diagnose hos enkeltpasienter. Distribusjonen av DNA-innhold i en cellepopulasjon vil gi et øyeblikksbilde av ploiditeten til en svulst ved analysetidspunktet, som kan kaste lys over transformasjonen fra diploid til aneuploid. Med dette som mål har vi analysert 1974 aneuploide tumorer med fokus på DNA-index (hvor mye DNA-innholdet avviker fra det hos en normal diploid celle) og tilstedeværelsen av en sekundær tetraploid cellepopulasjon. Histogrammene over DNA-index viser en bimodal distribusjon i alle tumortyper. Basert på dette identifiserte vi to grupper aneuploide tumortyper; over og under DNA-index 1,3. Resultatene antyder at det finnes minst to mulige mekanismer for omdannelse til aneuploiditet. Mønsteret var likt i forskjellige tumortyper men proporsjonen varierte, som indikerer at en mekanisme foretrekkes fremfor en annen avhengig av krefttype og lokasjon. Vi fant en sekundær tetraploid topp i histogrammet hos kun 6% av de aneuploide svulstene, som indikerer at aneuploide kloner heller dannes fra ustabile tetraploide celler enn fra fullt utviklede tetraploide kloner. Der diploide celler har to sett kromosomer (2n), har polyploide celler flere sett (4n eller 8n). I litteraturen er studier av polyploide celler begrenset til tetraploide celler som genereres ved polyploidisering av diploide celler. Vi har evaluert polyploidisering av aneuploide celler ved å se på svulster hvor mer enn 10% av cellekjernene har dobbel mengde DNA. Vi bekreftet her at aneuploide celler kan polyploidisere, som vises i 0-31% av de aneuploide svulster avhengig av krefttype. Tilstedeværelsen av celler i S-fase og G2/M-fase av den polyploidiserte aneuploide populasjonen antyder at den observerte cellepopulasjonen er voksende, uavhengige kloner. Vi fant ikke signifikante forskjeller i prognose mellom pasienter med aneuploide tumorer med og uten polyploidisering. Polo-like kinase 1 (PLK-1) er en proteinkinase, som stabiliserer centromerer under celledeling. Defekter i PLK-1-aktiviteten er assosiert med kromosominstabilitet og aneuploidi. For å evaluere hvorvidt PLK-1-uttrykk kan brukes som en markør for aneuploidi og prognose, har vi ved immunhistokjemi analysert 579 kolorektalkreftprøver, 390 livmorsarkomprøver, og 186 prostatakreftprøver. Høyere PLK-1-uttrykk ble observert i ikke-diploide svulster (inkludert tetraploide), sammenliknet med diploide svulster i prostata og livmor. I kolorektalkreft fantes ingen slik korrelasjon. PLK-1-uttrykk viser prognostisk verdi i pasienter med leiomyosarkom i livmor i univariat analyse, men ikke i multivariat analyse. I prostata- og kolorektalkreft er PLK-1 ikke en prognostisk markør. Dette indikerer at PLK-1 ikke forklarer formasjonen av aneuploide celler eller fungerer som en markør for aneuploiditet. I prostatakreft identifiseres binukleære celler ved hjelp av Flotillin 1 innfarget i cytoplasmamembran, spesielt i laveregrads svulster. Membranfarging er derimot suboptimalt i høygradige prøver, hvor kjertelstrukturen er dårlig bevart. Andelen binukleære celler er 0 - 3,6%, som ikke gjør dette til en kandidat som biomarkør for kreft. Arbeidet vil fortsette i 2015. DNA ploidi er en viktig prognostisk markør som vi tilbyr på landsbasis, og forståelse av mekanismene bak gjør det mulig å forbedre denne markøren bpde kvalitativt og kvantitativt.