Institut für Pathologie
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The utilization of fluorescein-guided biopsies has recently been discussed to improve and expedite operative techniques in the detection of tumor-positive tissue, as well as to avoid making sampling errors. In this study, we aimed to report our experience with fluorescein-guided biopsies and elucidate distribution patterns in different histopathological diagnoses in order to develop strategies to increase the efficiency and accuracy of this technique. We report on 45 fluorescence-guided stereotactic biopsies in 44 patients (15 female, 29 male) at our institution from March 2016 to March 2021, including 25 frame-based stereotactic biopsies and 20 frameless image-guided biopsies using VarioGuide®. A total number of 347 biopsy samples with a median of 8 samples (range: 4–18) per patient were evaluated for intraoperative fluorescein uptake and correlated to definitive histopathology. The median age at surgery was 63 years (range: 18–87). Of the acquired specimens, 63% were fluorescein positive. Final histopathology included glioblastoma (n = 16), B-cell non-Hodgkin lymphoma (n = 10), astrocytoma, IDH-mutant WHO grade III (n = 6), astrocytoma, IDH-mutant WHO grade II (n = 1), oligodendroglioma, IDH-mutant and 1p/19q-codeleted WHO grade II (n = 2), reactive CNS tissue/inflammation (n = 4), post-transplantation lymphoproliferative disorder (PTLD; n = 2), ependymoma (n = 1), infection (toxoplasmosis; n = 1), multiple sclerosis (n = 1), and metastasis (n = 1). The sensitivity for high-grade gliomas was 85%, and the specificity was 70%. For contrast-enhancing lesions, the specificity of fluorescein was 84%. The number needed to sample for contrast-enhancing lesions was three, and the overall number needed to sample for final histopathological diagnosis was five. Interestingly, in the astrocytoma, IDH-mutant WHO grade III group, 22/46 (48%) demonstrated fluorescein uptake despite no evidence for gadolinium uptake, and 73% of these were tumor-positive. In our patient series, fluorescein-guided stereotactic biopsy increases the likelihood of definitive neuropathological diagnosis, and the number needed to sample can be reduced by 50% in contrast-enhancing lesions.
Background
The focal form of CHI is caused by an autosomal recessive pathogenic variant affecting the paternal homologue of genes ABCC8 or KCNJ11 and a second somatic event specifically occurring in the affected islet of Langerhans. The approach of this study was to integrate the genetic changes occurring in pancreatic focal lesions of CHI at the genomic and transcriptional level.
Research Design and Methods
Patients receiving therapeutic surgery and with proven ABCC8 or KCNJ11 pathogenic variants were selected and analyzed for loss of heterozygosity (LOH), changes in copy number and uniparental disomy (UPD) on the short am of chromosome 11 by molecular microarray analysis and methylation-specific MLPA. Gene expression was analyzed by RT-PCR and Massive Analysis of cDNA Ends (MACE).
Results
Both genes, ABCC8 and KCNJ11, are located in proximity to the Beckwith-Wiedemann (BWS) imprinting control region on chromosome 11p15. Somatic paternal uniparental isodisomy (UPD) at chromosome 11p was identified as second genetic event in focal lesions resulting in LOH and monoallelic expression of the mutated ABCC8/KCNJ11 alleles. Of five patients with samples available for microarray analysis, the breakpoints of UPD on chromosome 11p were different. Samples of two patients were analyzed further for changes in gene expression. Profound downregulation of growth suppressing genes CDKN1 and H19 was detected in focal lesions whereas growth promoting gene ASCL2 and pancreatic transcription factors of the endocrine cell lineage were upregulated.
Conclusions
Paternal UPD on the short arm of chromosome 11 appears to be the major second genetic event specifically within focal lesions of CHI but no common breakpoint for UDP can be delineated. We show for the first time upregulation of growth promoting ASCL2 (achaete-scute homolog 2) suggestive of a driving factor in postnatal focal expansion in addition to downregulation of growth suppressing genes CDKN1C and H19.
In dieser Arbeit wurde erstmalig das zuvor an Ratten etablierte insulin-vermittelte Hepatokarzinogenesemodel mit der intraportalen Pankreasinseltransplantation auf die Maus übertragen und sowohl an einem Wildtyp -als auch einem Carbohydrate responsive-element bindung protein (ChREBP)-knockout-Stamm durchgeführt. CHREBP ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor des Glukose- und Lipidmetabolismus, welcher auch bei der Entstehung des Diabetes mellitus Typ 2 bzw. des metabolischen Syndroms involviert ist. Bei Streptozotozin-induzierter diabetischer Stoffwechsellage erfolgte nach 5 Tagen die intraportale Transplantation von 70, zuvor isolierten, isologen Pankreasinseln. Zur Darstellung der Hepatozytenproliferation erhielten die Tiere das Basenanalogon Bromodesoxyuridin (BrdU), welches zum Teil über eine subkutan- implantierte osmotische Minipumpe bzw. über dreimalige Injektionen appliziert wurde. Mit dem BrdU-Labeling-Index konnte die Proliferationsaktivität der im Abstromgebiet der Pankreasinseln entstandenen hepatozytären Wildtyp- und ChREBP-Knockout-Herde ermittelt und mit dem jeweiligen unveränderten Lebergewebe verglichen werden. Nach einer Versuchsdauer von 1 Woche bzw. 4 Wochen erfolgte die Tötung im Rahmen der retrograden Organperfusion und gleichzeitiger Organfixation in Narkose. In direkter Transplantatumgebung entstanden in beiden diabetischen Genotypen klarzellige Hepatozytenherde, welche sich jedoch in Morphologie, im Glykogen- und Lipidgehalt, in der Proliferationsaktivität und der Frequenz und der Verteilung im Leberparenchym unterscheiden. So entsprachen die klarzelligen Herde der diabetischen Wildtyp- Maus denen des Rattenmodels und den humanen Herden, welche durch einen gesteigerten Glykogen- und Lipidgehalt, vergrößerten Zellkernen sowie einer nach 4 Wochen vierfach gesteigerten Proliferationsaktivität (Herd vs. unverändertes Lebergewebe: 11,34 ± 2,24 MW ± S.E.M vs. 2,4 ± 0,71 MW ± S.E.M.; p = 0,006) charakterisiert sind und somit auch bei der Maus als präneoplastische Läsionen einzustufen sind. Die hier erstmals beschriebenen Herde der diabetischen ChREBP-KO-Maus zeichnen sich hingegen durch große, balloniert erscheinende Hepatozyten mit einem exzessiven Glykogen- und nur minimalen Lipidgehalt, einem kleineren Zellkern, einem konfluierenden Verteilungsmuster und einer geringeren Proliferationsaktivität (Herd vs. unverändertes Lebergewebe: 6,08 ± 0,7 MW ±S.E.M. vs. 1,91 ± 0,02 MW ± S.E.M.; p = 0,0002), als die der Wildtyp-Herde, aus. Diese Resultate unterstützen die Annahme, dass ChREBP einen wesentlichen Einfluss auf den hepatischen Glukose-und Lipidmetabolismus hat und weiterhin einen protoonkogenen Faktor in der insulin-vermittelten Hepatokarzinogenese darstellt.
Simple Summary
Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the most deadly cancers worldwide. The occurrence of oncogenic KRAS mutations is considered a signature event in PDAC, leading to genomic instability. The aim of our study was to evaluate the impact of the oncogenic KRAS G12D mutation on the activity of the error-prone alt-EJ repair mechanism, and to investigate the potential role of Polθ in the development of pancreatic cancer. We found that oncogenic KRAS increases the expression of key alt-EJ proteins in a mouse and human PDAC model. Using TLR assay, we also found increased alt-EJ activity in mouse and human cell lines upon the expression of KRAS D12D. The inactivation/impairment of alt-EJ by polymerase theta (Polθ) depletion delays the development of pancreatic cancer and prolongs the survival of experimental mice, though it does not prevent the PDAC development, which leads to full-blown PDAC with disseminated metastasis. Our studies provide a high-value target as a novel therapeutic candidate for the treatment of pancreatic and other cancers.
Abstract
Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), due to its genomic heterogeneity and lack of effective treatment, despite decades of intensive research, will become the second leading cause of cancer-related deaths by 2030. Step-wise acquisition of mutations, due to genomic instability, is considered to drive the development of PDAC; the KRAS mutation occurs in 95 to 100% of human PDAC, and is already detectable in early premalignant lesions designated as pancreatic intraepithelial neoplasia (PanIN). This mutation is possibly the key event leading to genomic instability and PDAC development. Our study aimed to investigate the role of the error-prone DNA double-strand breaks (DSBs) repair pathway, alt-EJ, in the presence of the KRAS G12D mutation in pancreatic cancer development. Our findings show that oncogenic KRAS contributes to increasing the expression of Polθ, Lig3, and Mre11, key components of alt-EJ in both mouse and human PDAC models. We further confirm increased catalytic activity of alt-EJ in a mouse and human model of PDAC bearing the KRAS G12D mutation. Subsequently, we focused on estimating the impact of alt-EJ inactivation by polymerase theta (Polθ) deletion on pancreatic cancer development, and survival in genetically engineered mouse models (GEMMs) and cancer patients. Here, we show that even though Polθ deficiency does not fully prevent the development of pancreatic cancer, it significantly delays the onset of PanIN formation, prolongs the overall survival of experimental mice, and correlates with the overall survival of pancreatic cancer patients in the TCGA database. Our study clearly demonstrates the role of alt-EJ in the development of PDAC, and alt-EJ may be an attractive therapeutic target for pancreatic cancer patients.
Das Apolipoprotein E wird mit verschiedenen Krankheiten wie Arteriosklerose, Herzinfarkt, Lungenembolie, Diabetes mellitus, Pneumonie, Tumore assoziert. Es interessierte, ob unterschiedliche Apo E-Genotypen, speziell das Apo E4, mit diesen Krankheiten im Zusammenhang stehen, und ob dies im Obduktionsgut seinen Niederschlag findet. Es wurde kein statistisch signifikanter Einfluß der E4-Allelpräsenz auf das Auftreten von Arteriosklerose, Herzinfarkt gefunden. Dagegen waren die männlichen E4-Allelträger häufiger an Beinvenenthrombosen oder an Lungenembolien erkrankt im Vergleich zu Personen, die dieses Allel nicht hatten.
Zahlreiche Studien bestätigen einen Zusammenhang zwischen dem Cholesterolstoffwechsel des Gehirns und der Pathogenese der Alzheimer-Demenz (AD). Eine besondere Rolle soll dabei dem ABCA1-Transporter zukommen. Im Rahmen unserer Studie untersuchten wir an 79 Gehirnproben nichtdementer Probanden die Expression des ABCA1-Transporters und korrelierten dies mit Faktoren, die in der Pathogenese der AD eine Rolle spielen sollen: Alter, Geschlecht, Plaqueanzahl, ApoE-Genotyp, insbesondere des ApoE4-Allels, P-Glykoprotein sowie Abeta1-40 und Abeat1-42. Dabei wurden gesondert untersucht Hippocampus, Mark, Kortex und Leptomeninx. Wir detektierten eine signifikante Abnahme ABCA1-Expression beim Vergleich der Gruppe der 55-64jährigen mit der Altersgruppe der 65-74jährigen Probanden in der Leptomeninx bei höherem Lebensalter. Desweiteren konnte für den Kortex gezeigt werden, dass Träger des ApoE 2/4-Genotyps signifikant weniger ABCA1 exprimieren als Träger des ApoE 3/3 und ApoE 4/4- Allels. Auch konnte für die Leptomeninx gezeigt werden, dass ein signifikanter Zusammenhang besteht zwischen der Ablagerung von Abeta1-42 in den Gefässen und der ABCA1-Expression in den Gefässen.
Simple Summary
The tumor suppressor protein P53 is a major player in preventing liver cancer development and progression. In this study we could show that P53 negatively regulates the expression of Helicase, lymphoid specific (HELLS), previously described as an important pro-tumorigenic epigenetic regulator in hepatocarcinogenesis. The regulatory mechanism included induction of the P53 target gene P21 (CDKN1A) resulting in repression of HELLS via downregulation of the transcription factor Forkhead Box Protein M1 (FOXM1). Our in vitro and in vivo findings indicate an important additional aspect of the tumor suppressive function of P53 in liver cancer linked to epigenetic regulation.
Abstract
The major tumor suppressor P53 (TP53) acts primarily as a transcription factor by activating or repressing subsets of its numerous target genes, resulting in different cellular outcomes (e.g., cell cycle arrest, apoptosis and senescence). P53-dependent gene regulation is linked to several aspects of chromatin remodeling; however, regulation of chromatin-modifying enzymes by P53 is poorly understood in hepatocarcinogenesis. Herein, we identified Helicase, lymphoid specific (HELLS), a major epigenetic regulator in liver cancer, as a strong and selective P53 repression target within the SNF2-like helicase family. The underlying regulatory mechanism involved P53-dependent induction of P21 (CDKN1A), leading to repression of Forkhead Box Protein M1 (FOXM1) that in turn resulted in downregulation of HELLS expression. Supporting our in vitro data, we found higher expression of HELLS in murine HCCs arising in a Trp53−/− background compared to Trp53+/+ HCCs as well as a strong and highly significant correlation between HELLS and FOXM1 expression in different HCC patient cohorts. Our data suggest that functional or mutational inactivation of P53 substantially contributes to overexpression of HELLS in HCC patients and indicates a previously unstudied aspect of P53′s ability to suppress liver cancer formation.
Simple Summary
Hepatocellular carcinoma (HCC) ranks second among the leading causes of cancer-related death. Since current therapeutic options are very limited, a deeper understanding of the molecular mechanisms underlying the tumor onset and progression of HCC holds great potential for improved therapeutic options. Although it has been shown that deleted in liver cancer 1 (DLC1) acts as a tumor suppressor whose allele is lost in 50% of liver cancers, alterations in gene expression initiated by DLC1 loss have not yet been the primary focus of liver cancer research. To identify novel gene targets that allow for a personalized medicine approach for HCC therapy, we performed gene expression profiling for HepG2 cells stably expressing DLC1shRNA. We provide evidence that TSPAN5 is required for HCC growth, migration and invasion, and dissected the underlying molecular mechanisms involving myocardin-related transcription factors. Thus, TSPAN5 represents a novel therapeutic target for the treatment of HCC characterized by DLC1 loss.
Abstract
Human hepatocellular carcinoma (HCC) is among the most lethal and common cancers in the human population, and new molecular targets for therapeutic intervention are urgently needed. Deleted in liver cancer 1 (DLC1) was originally identified as a tumor suppressor gene in human HCC. DLC1 is a Rho-GTPase-activating protein (RhoGAP) which accelerates the return of RhoGTPases to an inactive state. We recently described that the restoration of DLC1 expression induces cellular senescence. However, this principle is not amenable to direct therapeutic targeting. We therefore performed gene expression profiling for HepG2 cells depleted of DLC1 to identify druggable gene targets mediating the effects of DLC1 on senescence induction. This approach revealed that versican (VCAN), tetraspanin 5 (TSPAN5) and N-cadherin (CDH2) were strongly upregulated upon DLC1 depletion in HCC cells, but only TSPAN5 affected the proliferation of HCC cells and human HCC. The depletion of TSPAN5 induced oncogene-induced senescence (OIS), mediated by the p16INK4a/pRb pathways. Mechanistically, silencing TSPAN5 reduced actin polymerization and thereby myocardin-related transcription factor A- filamin A (MRTF-A-FLNA) complex formation, resulting in decreased expression of MRTF/SRF-dependent target genes and senescence induction in vitro and in vivo. Our results identify TSPAN5 as a novel druggable target for HCC.
Tumornekrosefaktor-Alpha, sein Rezeptor und c-Met sowie die elektronenmikroskopische Morphologie der Nicht-Parenchymzellen während der östrogeninduzierten Hepatokarzinogenese der Ratte Das Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, ob die im Rahmen eines Models, einer intraportalen Transplantation von Ovargewebe in Rattenlebern beobachteten, morphologischen Veränderungen der Hepatozyten des Rezipientengewebes, die sich mit zunehmender Versuchsdauer als präneoplastische Herde bis zu Entwicklung von hepatozellulären Neoplasien erwiesen, von Alterationen der Nicht-Parenchymzellen begleitet werden. Die Untersuchung der Nicht-Parenchymzellen der Leber wurde mittels morphometrischer Methoden betrieben, indem die Volumenanteile der einzelnen Zellfraktionen und Zellzwischenräume der Versuchsgruppen untereinander verglichen wurden. Signifikanzen ergaben sich hierbei bei Betrachtung der Endothel- und Sternzellen, dem Dissé-Raum und dem Zellzwischenraum. Die Endothelzellen jüngerer Versuchstiere zeigten mehr Volumenanteile als diejenigen älterer Tiere. Ebenso fanden sich Endothelzellen in Kontroll- und ovarektomierten Gruppen mit weniger Volumen als diejenigen der transplantierten Tiergruppen bzw. Leberseiten. Das Volumen der Sternzellen zeigte sich vermindert in der HCC-Gruppe im Vergleich zu der gleichaltrigen Kontrollgruppe. Ebenso verhielt es sich bei der 6 Monate alten Kontrollgruppe und der ovarektomierten Tiergruppe. In der Beurteilung des Dissé-Raums fand sich lediglich eine Signifikanz, bei der in den ovarektomierten Tiergruppen das 6 Monate alte Versuchstier mehr Dissé-Raum-Volumen besitzt als das 24 Monate alt gewordene. Der Zellzwischenraum der HCC-Tiere nahm statistisch weniger Volumen ein als das der Hauptgruppe 3 Wochen post transplantationem. Zusätzlich wurden die Sternzellen hinsichtlich ihres Anteils der Fettvakuolen am Zytoplasmavolumen und der mittleren Größe der Fettvakuolen bestimmt. Letztere zeigten sich in keiner Gruppe statistisch signifikant verändert, während sich der Anteil der Fettvakuolen am Zytoplasmavolumen vor allem beim Vergleich älterer mit jüngeren Tieren vergrößert fand sowie sich transplantierte Tiergruppen mit kleineren Fettvakuolen als Kontrolltiere zeigten. Die immunhistochemische Diagnostik von TNF α zeigte sich korrespondierend zu den Literaturangaben in den Nichtparenchymzellen und den Hepatozyten. Hierbei ergaben sich keine Unterschiede beim Vergleich von unverändertem und verändertem Lebergewebe, während sich bei der Auswertung seines Rezeptors (TNF-R1) eine stärkere Farbreaktion in den präneoplastischen Hepatozyten ergab. Die Beobachtungen legen eine Bedeutung der Nicht-Parenchymzellen und der von ihnen während der östrogenvermittelten Hepatokarzinogenese gebildeten parakrinen Faktoren nahe.