Discriminating deadly from harmless types of prostate cancer combining MR metabolomics and transcriptomics

Prosjektnummer: 46048300
Ansvarlig person: May-Britt Tessem
Institusjon: NTNU, ISB
Prosjektkategori: Forskerstipend 2011
Helsekategori: Cancer
Forskningsaktivitet: 4. Detection and Diagnosis

2015 - sluttrapport

Dette prosjektet har fokusert på basalforskning innen deteksjon og forståelse av aggressiv prostatakreft. Hovedmålet har vært og bruke MR, transriptomics og histopatologi hovedsakelig på vevsprøver, men også på biologiske væsker for å skille mellom aggressiv og indolent type kreft. Vi har bygget opp en metode (1) for å kombinere metabolomics, transcriptomics og histopatologi av samme vevsprøve(2) og har publisert spermin og citrat som individuelle MR biomarkører (3). Grunnet to svangerskapspermisjoner har dette prosjektet gått over fem år og flere varierte prosjekter for å forstå utviklingen av aggressiv kreft har kommet til. Ved hjelp av vår kombinerte metode med vev både fra Biobank1 og vår egen MR biobank har vi presentert citrat og spermin som agressivitetsmarkører også i forhold til ERG uttrykk. De generelle metabolske forskjellene mellom ERG positiv og negativ ser ut til å være sterkest innad i lavgradig prostatakreft, noe som kan danne et fint utgangpunkt for å selektere pasienter for aktiv overvåkning. Vi har også utarbeidet en ny signatur innen Wnt pathwayen og sammenhengen med EMT (endothelial mesemchymal transition) som tidligere er satt i forbindelse med aggressiv og metastatisk prostatakreft. Høyt uttrykk av denne gir høyere sjanse for biokjemisk tilbakefall hos pasientene, noe som også kan være til hjelp for utvelgelse av pasienter til aktiv overvåkning. Begge de siste arbeidene blir straks sent inn til velrennomerte vitenskapelige tidsskrift og en forskerlinjestudent har forsvart sin avhandling nå på slutten av 2015. Vi har parallelt med vevsanalyser gjort en pilot studie på serum og plasma i prostatakreftpasienter. Vi har i 2015 publisert en artikkel på dette i British Journal of Cancer(5) hvor vi kan skille kreftpasienterpasienter fra pasienter med benignt hyperplasi i disse blodprøvene. Viktige Markører som acylcarnitiner og glycerofosfolipider var redusert i serum og plasma fra prostatakreftpasienter sammenlignet med hyperplasipasienter. Økt arginine i plasma hos kreftpasienter, høyere konsentrasjoner av triglycerider, men lavere lipidnivå i kreftpasienter enn de med hyperplasi. Dette studiet viser at biomarkører i blodprøver kan gi viktig informasjon om pasienten har kreft eller hyperplasi på et tidlig tidspunkt og hvor PSA ofte er misvisende. Flere arbeider har vært presentert i tidligere årsrapporter som utviklingen av en metode for å ta hensyn til vevsheterogenitet i prostataprøvene. Dette arbeidet er innsendt til Plos One. I en annen artikkel som ble publisert i BMC Medical Genomics 2014 (4), presenterte vi gensignaturene ESC, MYC og ERG-fusion som sammen viste seg å være tidlige markører for en farligere og mer aggressiv subtype av prostatakreft. Dette ble detektert i pasienter diagnostisert med en lavere grad kreft, men som hadde en dårligere klinisk prognose. Høyrisiko prostatakreft kan ved hjelp av dette detekteres på et tidligere stadium, og de kan gi prognostisk informasjon som kan være viktig i et personlig tilpasset behandlingsløp. I samarbeid med andre eksternfinansierte prosjekt har dette prosjektet i sin helhet bygget viktig metodikk for videre studier på vev og biologiske væsker samtidig som det har gitt ny forståelse av hvordan lavgradig kreft kan skilles fra aggressiv sykdom. Funn som er presentert her kan i framtiden være viktig i utvelgelsen av pasienter som skal selekteres til aktiv overvåkning eller radikal behandling. 1. Bertilsson et al. The Prostate. 2011;71:461-9. 2. Bertilsson et al. Clinical cancer research 2012;18:3261-9. 3. Giskeodegard et al.PloS one. 2013;8:e62375. 4. Rye et al. BMC medical genomics. 2014;7:50. 5. Giskeodegard et al. British journal of cancer. 2015;113:1712-9. Dette prosjektet har i hovedsak vært knyttet til basalforskning på molekylære forståelse for og skille indolent og aggressiv kreft. Det har derfor ikke vært direkte knyttet til helsetjenesten for utvikling av nye produkter og innovasjon. Funnene som er presentert kan likevel være viktige ledd i den kliniske avgjørelsen om pasientutvelgelse til aktiv overvåkning. Prosjektet har forøvrig vært med på og skaffe midler og kompetanse til MR veiledet biopsi-utstyr av prostatakreftpasienter her på St Olavs hospital og hvor det nå utføres kliniske studier og det henvises pasienter fra klinikk.

2014

Skille aggressiv fra harmløs type prostatakreftProsjektet bruker ex vivo MR metabolomics, in vivo MR billeddannelse (MRI) kombinert med MR spektroskopi (MRS), transcriptomics og immunohistokjemi for å studere kreftens aggressivitet og biologi. Dette kan bli et supplerende verktøy for diagnose og prognose med muligheter for translasjon fra ex vivo til in vivo pasientmålinger.Vi gått videre med datasettet presentert i rapporten for 2013, for å detektere mulige molekylære subtyper av prostatakreft som kan skille aggressiv kreft fra de mer ufarlige. Vi fant at gensignaturene ESC, MYC og ERG-fusion sammen viste seg å være tidlige markører for en farligere og mer aggressiv subtype av prostatakreft. Dette ble detektert i pasienter diagnostisert med en lavere grad kreft, men som hadde en dårligere klinisk prognose. Høyrisiko prostatakreft kan ved hjelp av dette detekteres på et tidligere stadium, og de kan gi prognostisk informasjon som kan være viktig i et personlig tilpasset behandlingsløp. Studiet ble publisert i BMC Medical Genomics i 2014.(1) Fokus i 2014 har vært utvikling av metodikk for å ta hensyn til vevsheterogenitet i prostataprøvene. Prostatavev består av benignt epitel, stroma og evt kreft. Fordi kreftprøvene har tre ulike vevstyper, mens normalprøvene har to, vil man kunne få en systematisk bias når man sammenligner disse. I stedet for å korrigere og gjøre endringer på tallene før analyse, har vi balansert prøvene etter stromainnhold hvor vi antar at likt gjennomsnittlig innhold av stroma mellom kreft og normalprøver utlikner hverandre. Vi unngår med dette en forstyrrende stromafaktor når vi ser på kreft mot benignt epitel. Nye gen- og metabolittmarkører har vist seg som viktig for å skille kreft- og normalprøver etter balansering. Et kontroversielt funn var nedgang i kolestrolsyntese i kreftvev, noe som ikke samsvarer med tidligere funn. Vi kan konkludere med at korrigering for vevsheterogenitet er helt nødvendig for å få fram de viktige egenskapene i kreftvevet. Vi forventer de samme effektene av heterogenitet også i andre krefttyper. Resultatene er nå skrevet sammen og vil straks bli sendt inn til en passende journal. TMPRSS-ERG gen fusjon er rapportert som den mest vanlige genrearrangeringen i prostatakreft og finnes i opptil 50% av pasientene. Fusjonen er relatert både til celle invasjon og proliferasjon, og er foreslått som prognostisk markør, men de grunnleggende molekylære prosessene er fortsatt ukjent. TMPRSS-ERG er den mest medvirkende faktor for overekspresjon av ERG. Vi har studert de metabolske endringene assosiert med overekspresjon av ERG for å identifisere de underliggende mekanismene bak fusjonspositive- og negative pasienter. I et studie på 41 pasienter (95 prøver) og et valideringsstudie på 40 pasienter (40 prøver), fant vi at spermin og citrat var signifikant forskjellig mellom ERG positive og ERG negative også målt ved fluorescence in situ hybridization. Det var ingen forskjell i Gleason grad mellom ERG positive og ERG negative pasienter. Dette er svært interessant siden disse metabolittene også skiller mellom aggressive og lavgradige prostatakreft (basert på Gleason grad) som vi har publisert tidligere (2). Citrate and spermine (polyamine) er derfor viktige biomarkører innenfor flere mål på aggressivitet i prostatakreft. Kandidaten har for øvrig vært i permisjon fra november 2013 t.o.m. oktober 2014, og prosjektet er forlenget tilsvarende. 1. Rye MB, Bertilsson H, Drablos F, Angelsen A, Bathen TF, Tessem MB. Gene signatures ESC, MYC and ERG-fusion are early markers of a potentially dangerous subtype of prostate cancer. BMC medical genomics. 2014;7:50. 2. Giskeodegard GF, Bertilsson H, Selnaes KM, Wright AJ, Bathen TF, Viset T, et al. Spermine and citrate as metabolic biomarkers for assessing prostate cancer aggressiveness. PloS one. 2013;8:e62375.

2013

Skille aggressiv fra harmløs type prostatakreftProsjektet bruker ex vivo MR metabolomics, in vivo MR billeddannelse (MRI) kombinert med MR spektroskopi (MRS), transcriptomics og immunohistokjemi for å studere kreftens aggressivitet og biologi. Dette kan bli et supplerende verktøy for diagnose og prognose med muligheter for translasjon fra ex vivo til in vivo pasientmålinger. Hovedmålet nå er å gjøre valideringsstudier av ex vivo MR biomarkører for agressivitet på et stort antall pasienter.Fra prostatektomipreparater lagret i den regionale forskningsbiobanken i Midt-Norge har vi samarbeid avdeling for urologi og avdeling for patologi, St Olavs Hospital vært med å utvikle en ny metode(1) for å samle vevsprøver tilpasset til å integrere metabolomics, transcriptomics og histopatologiske data fra samme vevsprøve. Vi publiserte de første resultater i Clinical Cancer Research på kolin- og citratmetabolisme i prostatakreftvev i 2012 (2). I 2013 har vi gått videre med det samme datasettet for å detektere mulige molekylære subtyper i genekspresjonsdata som kan skille aggressiv prostatakreft fra mer ufarlige typer. Gensignaturene ESC, MYC og ERG-fusion viste seg å være tidlige markører for en farligere og mer aggressiv subtype av prostatakreft. Dette ble detektert i pasienter diagnostisert med en lavere grad kreft, men som hadde en dårligere klinisk prognose. Denne gruppen er svært interessant for å detektere høyrisiko prostatakreft på et tidligere stadium. Disse gensignaturene kan gi prognostisk informasjon som kan være viktig i et personlig tilpasset behandlingsløp. Metabolomics data på det eksakt samme vevsmaterialet viste korrelasjon til Gleason score og vi har her funnet at man kan skille mellom høy- og lavgradig prostatakreft gjennom bruk av MR spektra fra prostatektomiprøver. Vi publiserte for første gang spermin og citrat som individuelle MR biomarkører for aggressivitet i Plos One i 2013 (3). Vi har begynt valideringsanalyser på nålebiopsier fra foreløpig ca 100 nye pasienter hvor målet er predikere aggressivitet ut ifra de modellene og biomarkørene vi har funnet, men også og relatere metabolske fingerprint og markører til genspor som relateres til metastase ved bl.a. EMT (endothelial mesenchymal transformation) og andre genetiske spor viktig i prostatakreft (TMPRSS2-ERG gene fusions). Dette har vi gjort ved å kombinere immunohistokjemi og FISH (Fluorescerende in situ hybridisering) -analyser på vev som på forhånd er analysert med ikke-destruktiv MR spektroskopi. Data vil analyseres i starten av 2014 og kan være viktige i diagnostikk av mer målrettede biopsier som er MR veiledet og tatt in vivo i pasienten. MR Cancergruppen vil i samarbeid med radiologer/urologer ved St Olavs Hospital og med ekspertise på Radboud Universitetet i Nederland implementere MR guidede biopsier her i Trondheim i starten av 2014. 1. Bertilsson H, Angelsen A, Viset T, Skogseth H, Tessem MB, Halgunset J. A new method to provide a fresh frozen prostate slice suitable for gene expression study and MR spectroscopy. The Prostate. 2011;71(5):461-9. Epub 2010/09/23. 2. Bertilsson H, Tessem MB, Flatberg A, Viset T, Gribbestad I, Angelsen A, et al. Changes in gene transcription underlying the aberrant citrate and choline metabolism in human prostate cancer samples. Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research. 2012;18(12):3261-9. Epub 2012/04/19. 3. Giskeodegard GF, Bertilsson H, Selnaes KM, Wright AJ, Bathen TF, Viset T, et al. Spermine and citrate as metabolic biomarkers for assessing prostate cancer aggressiveness. PloS one. 2013;8(4):e62375. Epub 2013/04/30.

2012

Skille aggressiv fra harmløs type prostatakreftProsjektet bruker ex vivo MR metabolomics, in vivo MR billeddannelse (MRI) kombinert med MR spektroskopi (MRS), transcriptomics og immunohistokjemi for å studere kreftens aggressivitet og biologi. Dette kan bli et supplerende verktøy for diagnose og prognose med muligheter for translasjon fra ex vivo til in vivo pasientmålinger. Hovedmålet nå er å gjøre valideringsstudier av ex vivo MR biomarkører for agressivitet på et stort antall pasienter.Fra prostatektomipreparater lagret i den regionale forskningsbiobanken i Midtnorge har vi samarbeid avdeling for urologi og avdeling for patologi, St Olavs Hospital vært med å utvikle en ny metode for å samle vevsprøver tilpasset til å integrere metabolomics, transcriptomics og histopatologiske data fra samme vevsprøve. Vi har i år publisert de første resultater på kombinert analyse av histopatologiske, metabolske data og genekspresjonsdata i forhold til kolin- og citratmetabolisme i prostatakreftvev. Dette ble publisert i det prestisjetunge Clinical Cancer Research og beviser et stort potensialet for å undersøke flere «pathways» både på gen og metabolismenivå samtidig. Helena Bertilsson disputerte i september 2012 med dette som en del av sin PhD avhandling; «Prostate Cancer – Translational Research. Optimizing tissue sampling suitable for histopathological, transcriptomic and metabolic profiling». Vi har i år også skrevet ferdig et manuskript på metabolomics data fra hele det metabolske fingerprint på det samme vevsmaterialet. Vi ser korrelasjon til Gleason score og vi har her funnet at man kan skille mellom høy- og lavgradig prostatakreft gjennom bruk av MR spektra fra prostatektomiprøver. Vi presenterer også for første gang spermin og citrat som individuelle MR biomarkører for aggressivitet. Disse MR biomarkørene vil kunne være svært viktige i fremtidig MR spektroskopi direkte i pasienter på en sterkere magnet enn det vi har idag (7T) men også på vev ved bruk av mer målrettede biopsier som MR Guidede biopsier. Vi samler fortsatt nålebiopsier for å validere disse data i en cohort med et høyt antall prøver hvor vi har nå 1400 prøver fra 700 pasienter. Hovedmålet er å predikere aggressivitet ut ifra de modellene og biomarkørene vi har funnet, men også å implementere nye metoder for histopathologi og immunohistokjemiske metoder på samme vevsbit som har vært til MR analyse. Vi har også publisert en artikkel i NMR in Biomedicine hvor vi har konstatert at det er en signifikant sammenheng med hva vi ser i ex vivo vevsprøver fra prostatektomi og hva vi ser in vivo i pasienten ved hjelp av bildebasert MR spektroskopi. Dette er et viktig faktum for å underbygge at vevsprøvene vi samler er intakt vev etter innsamling hvor vi kan være sikre på at de resultater vi produserer er overførbar i en in vivo sammenheng. Dette gjør også at vevsprøvene blir høyst aktuelle for videre forskning når vi vet at de gjenspeilier de faktiske forhold i vevet in vivo i pasienten. Kirsten Margrethe Selnæs disputerte i september 2012 med dette som et manuskript is sin PhD avhandling; «MR Imaging and Spectroscopy in Prostate and Colon Cancer Diagnostic».

Vitenskapelige artikler

Giskeødegård GF, Hansen AF, Bertilsson H, Gonzalez SV, Kristiansen KA, Bruheim P, Mjøs SA, Angelsen A, Bathen TF, Tessem MB

Metabolic markers in blood can separate prostate cancer from benign prostatic hyperplasia.

Br J Cancer 2015 Dec 22;113(12):1712-9. Epub 2015 des 3

PMID: 26633561

Rye Morten Beck, Bertilsson Helena, Drabløs Finn, Angelsen Anders, Bathen Tone F, Tessem May-Britt

Gene signatures ESC, MYC and ERG-fusion are early markers of a potentially dangerous subtype of prostate cancer.

BMC Med Genomics 2014;7():50. Epub 2014 aug 12

PMID: 25115192

Giskeødegård Guro F, Bertilsson Helena, Selnæs Kirsten M, Wright Alan J, Bathen Tone F, Viset Trond, Halgunset Jostein, Angelsen Anders, Gribbestad Ingrid S, Tessem May-Britt

Spermine and citrate as metabolic biomarkers for assessing prostate cancer aggressiveness.

PLoS One 2013;8(4):e62375. Epub 2013 apr 23

PMID: 23626811

Bertilsson Helena, Tessem May-Britt, Flatberg Arnar, Viset Trond, Gribbestad Ingrid, Angelsen Anders, Halgunset Jostein

Changes in gene transcription underlying the aberrant citrate and choline metabolism in human prostate cancer samples.

Clin Cancer Res 2012 Jun;18(12):3261-9. Epub 2012 apr 17

PMID: 22510345

Selnaes Kirsten M, Gribbestad Ingrid S, Bertilsson Helena, Wright Alan, Angelsen Anders, Heerschap Arend, Tessem May-Britt

Spatially matched in vivo and ex vivo MR metabolic profiles of prostate cancer -- investigation of a correlation with Gleason score.

NMR Biomed 2013 May;26(5):600-6. Epub 2012 des 27

PMID: 23280546

Selnæs Kirsten M, Heerschap Arend, Jensen Line R, Tessem May-Britt, Schweder Gregor Jarosch-Von, Goa Pål E, Viset Trond, Angelsen Anders, Gribbestad Ingrid S

Peripheral zone prostate cancer localization by multiparametric magnetic resonance at 3 T: unbiased cancer identification by matching to histopathology.

Invest Radiol 2012 Nov;47(11):624-33.

PMID: 23011187

Bertilsson, Helena; Giskeødegård, Guro F.; Selnæs, Kirsten Margrete; Wright, A; Bathen, Tone Frost; Viset, Trond; Halgunset, Jostein; Gribbestad, Ingrid S; Tessem, May-Britt; Angelsen, Anders.

Citrat og Spermin som markører for aggressiv prostatakreft.

Vitenskapelige forhandlinger / De norske kirurgiske foreninger 2012

Giskeødegård, Guro F.; Bertilsson, Helena; Selnæs, Kirsten Margrete; Wright, Alan; Bathen, Tone Frost; Viset, Trond; Halgunset, Jostein; Angelsen, Anders; Gribbestad, Ingrid S; Tessem, May-Britt.

Metabolic changes in citrate and spermine concentrations can predict prostate cancer agressiveness.

ESUR; 2012-10-25 - 2012-10-27

Metabolic changes in indolent and aggressive prostate cancer - correlations with the Gleason grading system.

Regionale forskningskonferanse; 2012-06-05 - 2012-06-06

Metabolic changes in indolent and aggressive prostate cancer- correlations with the Gleason grading system.

Metabomeeting; 2012-09-25 - 2012-09-27

Metabolomics changes in citrate and spermine concentrations can predict prostate cancer aggressiveness.

EMUC; 2012-11-16 - 2012-11-18

Spermine and citrate as MR biomarkers for predicting prostate cancer aggressiveness.

Personalized cancer care; 2012-09-07 - 2012-09-09

Mohyuddin, Rizwan; Bathen, Tone Frost; Gribbestad, Ingrid S; Tessem, May-Britt.

Citrate as a biomarker in discriminating aggressive from indolent form of prostate cancer by MR metabolomics-correlation with th

National PHD Conference in Medical Imaging; 2012-11-28 - 2012-11-29

Selnæs, Kirsten Margrete; Gribbestad, Ingrid S; Bertilsson, Helena; Wright, A. J.; Angelsen, Anders; Heerschap, Arend; Tessem, May-Britt.

Spatially matched in vivo and ex vivo MR metabolic profiles of prostate cancer – Investigation of correlation with Gleason score

20th Meeting of the EAU section of Urological Research (ESUR); 2012-10-25 - 2012-10-27

Selnæs, Kirsten Margrete; Gribbestad, Ingrid S; Bertilsson, Helena; Wright, Alan; Angelsen, Anders; Heerschap, Arend; Tessem, May-Britt.

Spatially matched in vivo and ex vivo MR metabolic profiles of prostate cancer – Investigation of correlation with Gleason score

EMUC 2012; 2012-11-16 - 2012-11-18

Selnæs, Kirsten Margrete; Gribbestad, Ingrid S; Bertilsson, Helena; Wright, Alan; Angelsen, Anders; Heerschap, Arend; Tessem, May-Britt.

Spatially matched in vivo and ex vivo MR metabolic profiles of prostate cancer – Investigation of correlation with Gleason score

Regionale forskningskonferansen; 2012-06-05 - 2012-06-06

Selnæs, Kirsten Margrete; Gribbestad, Ingrid S; Bertilsson, Helena; Wright, Alan; Angelsen, Anders; Heerschap, Arend; Tessem, May-Britt.

Spatially matched in vivo and ex vivo MR metabolic profiles of prostate cancer. Investigation of a correlation with Gleason scor

Instituttseminar ISB; 2012-10-19 - 2012-10-19

Wright, Alan; Tessem, May-Britt; Bertilsson, Helena; Grinde, Maria Tunset; Giskeødegård, Guro F.; Halgunset, Jostein; Angelsen, Anders; Heerschap, Arend; Gribbestad, Ingrid S.

Quantitative 1H HR-MAS using LC Model shows glutamate, choline, glycerophosphocholine, and glucose as biomarkers of prostate can

ISMRM 2012; 2012-05-05 - 2012-05-11

Doktorgrader

Helena Bertilsson

Prostate cancer- Translational Research Optimizing tissue sampling suitable for histopathological, transcriptomic and metabolic

Disputert:: september 2012
Hovedveileder:: Jostein Halvgunseth

Kirsten Margrete Selnæs

MR Imaging and Spectroscopy in Prostate and Colon Cancer Diagnostic

Disputert:: september 2012
Hovedveileder:: Ingrid Gribbestad

Deltagere

Guro Giskeødegård Forsker
Helena Bertilsson Forsker
Morten Beck Rye Forsker
Elise Sandsmark Doktorgradsstipendiat
Ailin Falkmo Hansen Doktorgradsstipendiat
Tone Frost Bathen Forskningsgruppeleder
May-Britt Tessem Forsker

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til Helse Midt-Norge RHF - Samarbeidsorganet og FFU

Personvern - Informasjonskapsler