In search for potential genetic and proteomic biomarkers in lung cancer and in Staphylococcus aureus bacteraemia by mass spectrometry

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6368-4
Title: In search for potential genetic and proteomic biomarkers in lung cancer and in Staphylococcus aureus bacteraemia by mass spectrometry
Author: Rostila, Annina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Department of Biochemistry and Developmental Biology
Doctoral Programme in Biomedicine
- National Public Health Institute (KTL) - Finnish Institute of Occupational Health (TTL)
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-09-26
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6368-4
http://hdl.handle.net/10138/318132
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Aims of the study. The aims of this were to: 1) identify CRP-gene SNPs associated with clinical outcome, and blood CRP-levels in SA bacteraemia, 2) identify protein biomarkers for early diagnosis of lung cancer in high-risk individuals, such as tobacco smokers, and individuals significantly exposed to asbestos, and 3) evaluate and compare the use of different biological fluids, plasma and sputum, in proteomic biomarker discovery with mass spectrometry. Study populations and methods.To study the effect of CRP gene polymorphisms on plasma (or serum) CRP levels, DNA was extracted from patients (n=145) with SA positive blood cultures. SNP genotyping was done with MALDI-TOF. Identification of potential protein biomarkers in lung cancer was done using plasma (n=205) and sputum (n=123) samples obtained from former and current smokers, and from former and current smokers with lung cancer, asbestos exposure, or both. 2D SDS-PAGE MS was used to study the differential protein abundancy in plasma samples, 2D-DIGE MS was used for the sputum samples. Immunoblotting and ELISA were used to validate the results. Results. CRP gene SNP rs3091244 with minor allele A, and SNP rs3093075 with minor allele T, together in strong linkage disequilibrium, were significantly associated with high maximal plasma CRP levels during the first week of illness. Individuals with the recessive A-allele of triallelic SNP rs3091244, had a median of maximal plasma CRP level of 282 mg/L (IQR 169 mg/L), whereas individuals with alleles T or C had a median of maximal CRP level of 179 mg/L (IQR 148 mg/L). 28 differentially abundant plasma proteins were found across four study groups, and 22 sputum proteins were differentially abundant across three study groups. Upregulation of proteins involved in redox-reactions, PRDX1 (plasma), TXN (sputum), and GAPDH (sputum), associated with lung cancer. Low plasma levels, but high sputum levels of PRDX2 were associated with lung cancer. S100A8/9 from sputum was strongy associated with sputum GAPDH, thus could associate with lung cancer. TPM3 and TPM4 were scarce in plasma from individuals with non-metastasized lung cancer. TPM4 was also associated with asbestos exposure. SAA abundance in plasma was a good marker for lung cancer but lacked specificity. ECM1 was validated from sputum but did not reach statistically significant differences in its abundance between study groups. Conclusions. Based on the studies comprising this thesis, the following conclusions can be drawn: 1) The A-allele of SNP rs3091244 affects the CRP levels in the blood during SAB more than the other alleles, without any significant association with e.g. mortality. This should be considered when treating SAB patients; 2) PRDX1 (plasma), PRDX2 (sputum), and TXN (sputum), have the highest potential to become predictive or diagnostic biomarkers for lung cancer. PRDX2 and TXN interact with other cancer-related proteins, GAPDH and S100A8/9, thus their molecular mechanisms are complex; 3) Abundant TMP4 in plasma best indicates exposure to asbestos; 4) Mass spectrometry, and its coupled methods (e.g. gel electrophoresis), are powerful tools in finding genome and proteome alterations; 5) Sputum and plasma are suitable for biomarker discovery, but more studies are needed to make sputum more easily available for high-throughput mass spectrometry. These studies are in concordant with the study aims, and complement the molecular background on SAB, lung cancer and asbestosis, and suggest feasible predictive or diagnostic biomarkers for future studies with mass spectrometry.Tutkimuksen tavoitteet.Tämän väitöskirjan tavoitteena oli: 1) tunnistaa CRP-geenin snippien assosiaatioita stafylokokkisepsiksen kliiniseen lopputulemaan sekä veren CRP-pitoisuuksiin, 2) tunnistaa proteiineja, jotka voisivat toimia biomarkkereina keuhkosyövän varhaisvaiheen diagnosoinnissa korkean riskin yksilöissä, eli tupakoijissa sekä asbestille altistuneissa sekä 3) arvioida ja vertailla plasman ja ysköksen soveltuvuutta proteiinibiomarkkerien tutkimiseen massaspektrometrialla. Aineisto ja menetelmät. CRP-geenin snippien vaikutusta veren CRP-pitoisuuksiin tutkittiin stafylokokkisepsikseen sairastuneista henkilöistä (n=145). Snipit määritettiin monistetusta genomisesta DNA:sta massaekstensionmenetelmällä ja snippien määrittämiseen käytettiin MALDI-TOF-massaspektrometriaa. Proteiinibiomarkkereita tutkittiin plasmasta (n=205) ja ysköksestä (n=123) keuhkosypään sairastuneilla, asbestille altistuneilla, sekä oireettomilla verrokeilla. Kukin ryhmä jakautui edelleen tupakoijiin ja tupakoinnin lopettaneisiin. Muutamalla tutkittavalla oli sekä keuhkosypä että altistus asbestille. Proteiinien ilmenemistä eri ryhmissä tutkittiin plasmasta 2D SDS-PAGE MS:lla ja ysköksestä 2D-DIGE MS:lla. Proteiinien ilmenemiserot validoitiin Western Blot-menetelmällä sekä ELISA:lla. Tulokset. CRP geenin SNP rs3091244 alleeli A ja SNP rs3093075 alleeli T olivat keskenään kytkentäepätasapainossa ja assosioituivat tilastollisesti merkitsevästi veren maksimaalisiin CRP-pitoisuuksiin ensimmäisen sairausviikon aikana. SNP rs3091244 A-alleelin kantajilla oli ensimmäisen sairausviikon maksimaalisten CRP-pitoisuuksien mediaani 282 mg/L (IQR 169 mg/L), kun C- ja T-alleelin kantajilla vastaava luku oli 179 mg/L (IQR 148 mg/L). Redox-reaktioissa toimivat proteiinit, PRDX1 (plasma), TXN (yskös) ja GAPDH (yskös) ilmenivät runsaina keuhkosyövässä. PRDX2:a oli vähän keuhkosyöpäryhmään kuuluvien plasmassa, mutta paljon saman ryhmän ysköksissä. S100A8/9 korreloi merkitsevästi proteiinin GAPDH kanssa, mistä syystä S100A8/9 voi olla merkittävässä roolissa myös keuhkosyövässä. Proteiineja TPM3 ja TPM4 oli plasmassa niukasti niillä, joiden keuhkosyöpä ei ollut metastasoitunut. TPM4 korreloi asbestialtistuksen kanssa. ECM1 validoitiin, mutta sen runsaudessa ei havaittu eroja eri tutkimusryhmien välillä. Johtopäätökset. Osajulkaisujen tulosten perusteella voidaan todeta seuraavat johtopäätökset: 1) Snipin rs3091244 A-alleeli vaikuttaa veren CRP-tasoihin muita alleeleja voimakkaammin SAB:n aikana, vaikka esim. kuolleisuudessa ei ole eri alleelien kantajilla merkittävää eroja. Tämä tulisi huomioida hoitopäätöksiä tehtäessä; 2) Proteiineista PRDX1 (plasma), PRDX2 (yskös) ja TXN (yskös) voisi tulla keuhkosyövän ennustavia tai diagnostisia biomarkkereita. PRDX2 ja TXN korreloivat merkittävästi ysköksen proteiinien GAPDH ja S100A8/9 kanssa, joista voisi myös olla hyötyä keuhkosyövän biomarkkereina; 3) Plasman proteiinia TPM4 voisi käyttää merkittävän asbestialtistuksen biomarkkerina; 4) Massaspektrometria, sekä siihen yhdistettynä esim. geelielektroforeesi, on käyttökelpoinen menetelmä proteomin ja genomin muutosten havaitsemiseen; 5) Yskös ja plasma ovat biomarkkeritutkimukselle sopivia näytetyyppejä, mutta lisää tutkimusta tarvitaan, jotta ysköksiä voitaisiin helposti käyttää massaspektrometriassa. Johtopäätökset tukevat tutkimukselle asetettuja tavoitteita ja täydentävät molekyylibiologista ymmärrystä stafylokokkisepsiksestä, keuhkosyövästä ja asbestialtistuksesta. Tulokset lisäksi ehdottavat ennustavia tai diagnostisia biomarkkereita jatkotutkimuksia varten.
Subject: biolääketiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
INSEARCH.pdf 3.186Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record