Brain tumors in children are the second most common group of tumors after the leukemias. They represent 20-25% of all pediatric tumors and are still a leading cause of death in this age group. Central nervous system tumors in children can occur in all anatomical localization, although the most common is the posterior fossa region. The main therapeutic problem with tumors localized in the infratentorial region, especially in the case of brainstem tumors with diffuse growth pattern, are limited access totumor site and thus inability to perform complete resection. Routine histopathological analysis is not always an objective prognostic factor, therefore there is a need for more reliable methods that can successfully stratify patients to risk groups, as well as for novel therapeutic approaches for patients that don’t meet the standard criteria for treatment. Until recently, prognostic criteria in brain tumors were based on extension of surgical resection of the tumor and histopathological assessment. In recent years there has been remarkable progress in molecular analysis of brain tumors, which resulted in the actualization of WHO classification in 2021. Genetic and epigenetic profiling of brain tumors had an impact on diagnosis, introducing new molecular subgroups and a novel category of tumors. Nevertheless, most of the molecular biology techniques used in research require a high level quality and integrity of RNA, which is not obtainable in the case of Formalin-Fixed Paraffin-Embedded (FFPE) material, routinely used and available in pathomorphological laboratories. Therefore, this dissertation is focused on an attempt to classify high grade brain tumors in children based on gene expression analysis performed by NanoString technology that allows working with degraded RNA.The main objective of this dissertation was a molecular classification of high grade, infratentorial brain tumors in children. Analyses involved designing and testing of the unique marker gene signatures, specific for molecular types of selected infratentorial tumors, which are characterized by poor prognosis for patients, therefore presenting a great challenge for neuropathologists and pediatric oncologists. Moreover, the further objectives are establishment of biological and clinical correlations in analyzed tumors, comparison of the results to current literature data and an assessment of the utility of nCounter Analysis System for tumor diagnosis. An additional goal was to identify immunohistochemical markers for selected molecular groups of analyzed brain tumors.Results of the dissertation confirm that establishing the unique gene signatures for medulloblastoma, ependymoma, CNS HGNET-BCOR and CNS-HGNET-MN1 tumors, as well as RNA expression profiling of FFPE blocks using the nCounter Analysis System, is an useful technique that allows for identification of molecular groups in pediatric brain tumors. This approach allowed for ependymoma and medulloblastoma molecular group identification and detection of two CNS HGNET-BCOR tumors. After accomplishment of gene expression analysis, biological and clinical correlations were established and the results demonstrated that in ependymoma patients molecular group correlates with clinical features, including rates of survival. The results of immunohistochemical analyses imply that in the case of WNT medulloblastoma, the ALK protein expression may serve as a potential diagnostic marker, whereas, the BCOR protein expression may serve as a surrogate marker for CNS HGNET-BCOR tumors.
Nowotwory układu nerwowego u dzieci są drugą, co do częstości występowania, grupą nowotworów po białaczkach. Stanowią 20-25% wszystkich nowotworów wieku rozwojowego i są najczęstszą przyczyną zgonu u dzieci i młodych dorosłych. Mogą występować w każdej lokalizacji układu nerwowego, najczęściej jednak umiejscowione są podnamiotowo w tylnym dole czaszki. Głównym problemem terapeutycznym guzów o takiej lokalizacji, szczególnie w przypadku gdy naciek nowotworowy obejmuje pień mózgu, jest ograniczony dostęp w czasie zabiegu neurochirurgicznego i niepełny zasięg resekcji. Rutynowa analiza histopatologiczna nie zawsze stanowi obiektywny czynnik prognostyczny, dlatego ciągle poszukuje się lepszych metod stratyfikacji pacjentów do grup ryzyka oraz opracowywania nowych rozwiązań terapeutycznych dla pacjentów nie kwalifikujących się do standardowych protokołów. Do niedawna kryteria rokownicze w guzach mózgu opierały się głównie na ocenie zakresu resekcji guza oraz rozpoznaniu histopatologicznym. W ostatnich latach nastąpił gwałtowny rozwój badań molekularnych guzów mózgu, co znalazło odzwierciedlenie w nowej klasyfikacji Światowej Organizacji Zdrowia z 2021 roku. Profilowanie genetyczne i epigenetyczne nowotworów mózgu zmieniło ich diagnostykę, wprowadzając nowe podgrupy molekularne i zmieniając nazwy niektórych typów guzów. Jednak większość technik biologii molekularnej, stosowanych w pracach badawczych, wymaga wysokiej jakości i integralności RNA, co nie jest możliwie do uzyskania w przypadku materiału rutynowo utrwalonego w formalinie i zatopionego w parafinie (Formalin-Fixed Paraffin-Embedded, FFPE), dostępnego w pracowniach patomorfologicznych. Dlatego w niniejszej pracy doktorskiej podjęto próbę klasyfikacji guzów mózgu o wysokim stopniu złośliwości u dzieci w oparciu o analizę poziomu ekspresji genów przy pomocy technologii NanoString, która umożliwia wykorzystanie zdegradowanego RNA.Przedmiotem badań proponowanego projektu są guzy mózgu wysokiego stopnia, charakteryzujące się wysokim stopniem śmiertelności, które są szczególnym wyzwaniem klinicznym w onkologii dziecięcej. Podstawowym celem pracy doktorskiej była klasyfikacja molekularna guzów mózgu o wysokim stopniu złośliwości u dzieci. Badania dotyczyły zaprojektowania i przetestowania sygnatury ekspresyjnej genów markerowych, specyficznych dla poszczególnych grup molekularnych w wybranych guzach podnamiotowych. Nowotwory te charakteryzują się złą prognozą dla pacjenta, dlatego stanowią duże wyzwanie dla neuropatologów i onkologów dziecięcych. Przedmiotem badań było również ustalenie korelacji biologiczno-klinicznych w badanych nowotworach, porównanie wyników do danych literaturowych oraz ocena potencjału wykorzystania metody analizy nCounter do diagnostyki nowotworów. Uzupełnieniem badań molekularnych była identyfikacja diagnostycznych biomarkerów immunohistochemicznych dla wybranych grup molekularnych nowotworów.Uzyskane wyniki potwierdzają, że ustalenie unikalnej sygnatury genów markerowych dla medulloblastoma, ependymoma, CNS HGNET-BCOR i CNS HGNET-MN1 oraz profilowanie ekspresji RNA z bloczków parafinowych za pomocą analizy nCounter jest użyteczną techniką, pozwalającą na rozróżnienie grup molekularnych guzów mózgu u dzieci. Stosując tą technikę zidentyfikowano poszczególne grupy ependymoma i medulloblastoma, oraz ustalono przynależność dwóch nowotworów do grupy CNS HGNET-BCOR. Po wykonaniu analiz ekspresji genów przeprowadzono korelacje biologiczno-kliniczne i udowodniono, że przynależność do grupy molekularnej w przypadkach ependymoma koreluje z czynnikami klinicznymi, w tym z przeżyciem pacjentów. Wyniki analiz immunohistochemicznych wskazują, że w przypadku medulloblastoma grupy transkrypcyjnej WNT potencjalnym markerem diagnostycznym może być ekspresja białka ALK, natomiast w przypadku CNS HGNET-BCOR ekspresja białka BCOR.
Bibliografia zawiera 95 pozycji
97 s.: ryc., tabl.; 30 cm.
