Differential Expression of PCA3 and Its Overlapping PRUNE2 Transcript in Prostate Cancer

Nagroda PTU za najlepszą pracę naukową opublikowaną za granicą w 2010 roku przez polskiego urologa

Wprowadzenie

Starzenie się ludności przyczynia się do wzrostu zapadalności na choroby nowotworowe. Rak gruczołu krokowego (RGK) jest najczęściej wykrywanym nowotworem u mężczyzn, stanowi drugą przyczynę zgonów z powodu nowotworów złośliwych w USA oraz w Unii Europejskiej (UE). Tylko w UE raka stercza rozpoznaje się u blisko 200 tysięcy mężczyzn rocznie. Ponadto szacuje się, że około 70% mężczyzn powyżej 70 roku życia choruje na RGK. Podstawowym badaniem w diagnostyce raka stercza nadal pozostaje oznaczenie poziomu PSA. Niestety, mimo że oznaczenie PSA jest tanie i powszechnie dostępne, cechuje się niską swoistością w wykrywaniu RGK (podwyższenie wartości PSA występuje również w nienowotworowych chorobach gruczołu krokowego, np. w łagodnym rozroście stercza i w stanach zapalnych gruczołu) oraz niewielką wartością prognostyczną. Rozwój genetyki i biologii molekularnej w ostatniej dekadzie pozwolił na opracowanie nowoczesnych testów genetycznych, które coraz częściej wprowadzane są do praktyki onkologicznej. Zakłada się, że testy te pozwolą wkrótce odpowiednio wcześnie wykryć RGK i wdrożyć właściwe postępowanie terapeutyczne.

W 1999 roku naukowcy z laboratorium w Nijmegen w Holandii we współpracy z uczonymi amerykańskimi z Johns Hopkins Hospital w Baltimore wprowadzili nowy test genetyczny pozwalający na wy- Maciej Salagierski, Gerald W. Verhaegh, Sander A. Jannink, Frank P. Smit, Daphne Hessels, Jack A. Schalken krycie raka stercza we wczesnej fazie choroby, tzw. Prostate CAncer Gene 3 (PCA3). PCA3 zlokalizowany jest na ramieniu długim chromosomu 9 i złożony jest z czterech egzonów (ryc. 1). Gen ulega zwiększonej ekspresji w 95% przypadków raków gruczołu krokowego. Hessels i wsp. zaobserwowali wzmożoną, ponad 66-krotną, nadekspresję genu PCA3 w zmienionej nowotworowo tkance stercza w porównaniu z prawidłowym utkaniem gruczołu. W ostatnich latach opisano nową strukturę genu PCA3, identyfikując kolejne izoformy genu, m.in. PCA3-TS4. Ponadto zasugerowano, że w raku stercza dochodzi do istotnych interakcji między genem PCA3 a jego tzw. genem nakładającym się - PRUNE2 (BMCC1).

Rycina 1	Struktura genu PCA3. PCA3 zlokalizowany jest na ramieniu długim chromosomu 9 i złożony jest z czterech egzonów. Według Bussemakers M.J.G. et al., Cancer Res 1999; 59: 5975-5979

Celem pracy była ocena skuteczności diagnostycznej ostatnio zidentyfikowanej izoformy genu PCA3 (PCA3-TS4) oraz analiza interakcji między genami PCA3 i BMCC1 w raku gruczołu krokowego.

Materiał i metody

W badaniu histologicznym preparatów stercza po prostatektomii radykalnej zidentyfikowano cztery grupy nowotworów: 1) niskiej złośliwości (LG-PrCa; n=20), 2) wysokiej złośliwości (HG-PrCa; n=22), 3) hormonooporne (CR-PrCa; n=21), 4) przerzutowe (Met- -PrCa; n=7). Po izolacji RNA ekspresję genów określono, stosując specyficzne primery, w reakcji łańcuchowej polimerazy DNA z analizą ilości produktu w czasie rzeczywistym. W pracy porównano ekspresję izoform genów PCA3 i BMCC1 w zdrowej i objętej procesem nowotworowym tkance stercza. Do określenia bezwzględnej ilości kopii genu PCA3 skonstruowano plazmid PCA3-TS4. Ponadto oceniano wpływ androgenów na ekspresję PCA3 i BMCC1 in vitro, stymulując komórki raka stercza LNCaP i 22Rv1 5α-dihydrotestosteronem.

Wyniki

W badanej grupie chorych potwierdzono istotnie zwiększoną (68-128-krotnie) ekspresję obu izoform genu PCA3 w tkance nowotworowej stercza w porównaniu z łagodnym utkaniem gruczołu. Nie zaobserwowano istotnej statystycznie przewagi skuteczności diagnostycznej ostatnio zidentyfikowanej izoformy PCA3-TS4 nad „klasyczną” (wykorzystywaną w teście diagnostycznym) izoformą PCA3 (ryc. 2), izoforma PCA3-TS4 wydaje się stanowić jedynie marginalny transkrypt genu PCA3 (ryc. 3). Nie stwierdzono istotnych różnic w ekspresji obu izoform genu BMCC1 między zdrową a objętą procesem nowotworowym tkanką stercza. Ponadto w pracy wykazano, że ekspresja genów PCA3 i BMCC1 ma odmienną regulację hormonalną in vitro. Po stymulacji 5α-dihydrotestosteronem dochodziło do wzrostu ekspresji genu PCA3 oraz do spadku ekspresji obu izoform genu BMCC1 w komórkach raka stercza mających ekspresję receptora androgenowego (ryc. 4).

Rycina 2	Ekspresja izoform genu PCA3: PCA3-TS4 oraz TS5 (izoformy klasycznej) w raku stercza

Rycina 3	Porównanie bezwzględnej ilości genu PCA3. PCA3-TS4 oraz TS5 (izoformy klasycznej) w raku stercza

Rycina 4	Regulacja ekspresji genów PCA3 i BMCC1 in vitro. Komórki raka stercza poddano stymulacji 5α-dihydrotestosteronem

Wnioski

• Nowo zidentyfikowany transkrypt PCA3-TS4 w porównaniu z klasyczną izoformą genu PCA3 (PCA3-TS5) wykrywany jest w nowotworach stercza w śladowych ilościach.
• Nakładające się geny PCA3 i BMCC1 mają odmienną regulację hormonalną oraz jest mało prawdopodobne, żeby wzajemnie na siebie oddziaływały.
• Wykorzystywany w wykrywaniu raka stercza transkrypt PCA3-TS5 to podstawowa izoforma genu, która pozostaje najbardziej czułym i swoistym markerem raka stercza.

Praca powstała w trakcie stypendium naukowego, Radboud University Nijmegen Medical Centre, Nijmegen, Holandia. Stypendium zostało przyznane przez Europejskie Towarzystwo Urologiczne na realizację projektu badawczego New targets for molecular diagnosis of Prostate Cancer European Urological Scholarship. Program grant: S-02-2008.

dr n. med. Maciej Salagierski
I Klinika Urologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, Polska
kierownik kliniki: prof. Marek Sosnowski
Gerald W. Verhaegh, Sander A. Jannink, Frank P. Smit, Daphne Hessels, Jack A. Schalken
Radboud University Nijmegen Medical Centre, Nijmegen, Holandia