Metabolomic study for the identification of diagnostic markers and the characterization of the dissemination process of endometrial cancer

Abstract

El càncer d'endometri (CE) és la malaltia ginecològica més habitual dels països desenvolupats i la quarta causa de càncer en dones. Presenta una incidència que es troba en continu creixement en pacients joves. Donada aquesta problemàtica, en les darreres dècades diverses línies de recerca s'han focalitzat en entendre quins són els canvis moleculars i metabòlics associats al CE. El seu diagnòstic recau en l'avaluació d'una biòpsia endometrial, mètode considerat mínimament invasiu. A més a més, el maneig dels pacients es basa en l'avaluació de les característiques clínico-patològiques del tumor; aproximació que no és del tot acurada, ja que alguns casos recauen impredictiblement. Per tal de solucionar els reptes clínics existents, la meta principal d'aquesta tesi va ser la identificació d'un panell novell de marcadors diagnòstics pel CE així com indagar en les vies metabòliques alterades que es donen de manera paral·lela a l'establiment i el procés de disseminació del CE. Hem aconseguit aquesta meta mitjançant l'ús d'aproximacions basades en la metabolòmica per finalment poder acabar millorant la cura del pacient i reduir la taxa de mortalitat d'aquesta malaltia. Per aconseguir aquests objectius, hem dividit aquesta tesi en tres capítols, cada un d'ells dirigit a un objectiu específic: 1) Optimitzar els mètodes d'extracció per a l'anàlisi metabolòmic de les vesícules extracel·lulars (VEs) contingudes en biofluids mitjançant l'ús de l'espectrometria de masses associada a cromatografia líquida; 2) Identificació, verificació i validació de marcadors diagnòstics del CE a partir de biofluids humans (plasma, aspirats uterins i VEs aïllats d'ambdós biofluids); 3) Estudi metabolòmic en mostres de teixit de CE per tal de detectar les alteracions moleculars que es donen en la iniciació i en el transcurs de la malaltia. Com a descobriments importants de la tesi, descrivim aproximacions estandarditzades per a tècniques basades en espectrometria de masses per estudiar els perfils metabolòmics de les VEs que es podran traslladar a altres línies de recerca de cerca de biomarcadors i que podran tenir impacte en clínica translacional així com en la millora del seguiment dels pacients amb CE. També presentem evidències que el cargo enriquit contingut en les VEs ofereixen noves oportunitats per al descobriment de metabòlits poc abundants com a biomarcadors de malalties. Cal destacar que les dades exposades en aquest treball representen un avanç en la comprensió de les alteracions moleculars que es donen en en CE. Els nostres resultats així com els nostres models in vitro posen en evidència el rol oncogènic d' ADAR2 així com el rol que té la via de RNA editing en el CE. Així doncs, aquests estudis suposen un avanç en el camp de recerca del CE demostrant l'ús i la optimització de noves metodologies (metabolòmics en VEs) i guanyant idees cap a les pertorbacions bioquímiques específiques que poden tenir un paper clau en el procés carcinogen del CE.

Endometrial cancer (EC) is the most common gynaecological malignancy in developed countries and the fourth most common cancer in women. It shows a continuous increasing incidence among younger patients. Concerning this problematic, many new research lines focused on the better understanding of the molecular and metabolic changes associated to EC have appeared the last decades. Its diagnosis relies on the evaluation of an endometrial biopsy, which is a minimally-invasive method. Moreover, the management of patients is based on the assessment of the clinic-pathological features of the tumor, which is not completely accurate since some cases still recur unpredictably. In order to overcome the existing clinical challenges, the major goal of this thesis work was to identify a novel panel of EC diagnostic markers and to gain insights into altered metabolic pathways that are concomitant with the establishment and dissemination process of EC. We achieved our goal by using metabolomic-based approaches to finally improve patient care and overcome the mortality rate of this malignancy. To reach these objectives, we divided the thesis work into three chapters each one of them addressing a specific objective: 1) Optimization of the extraction methods for the metabolomic analysis of extracellular vesicles (EVs) contained in biofluids using liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS) techniques; 2) Identification, verification and validation of EC diagnostic markers from human biofluids (use of plasma, uterine aspirates, and EVs isolated from both biofluids); 3) Metabolomic profiling of EC tissues to elucidate the molecular alterations that take place in the initiation and progression of the disease. As main findings of the dissertation, we describe standardized approaches for MS based metabolomics profiling of extracellular vesicles that can be translated to other biomarker research lines and may have big impact in translational clinics and improving the outcome of EC patients. We also present evidence that the enriched cargo contained in EVs offers new opportunities for the discovery of low abundance metabolites as disease biomarkers. Importantly, we highlight the relevance of the use of proximal biofluids, specifically UA, and EVs in the biomarker research and we opened a new avenue for identification of more specific EC biomarkers. Moreover, the data presented in this dissertation depicts a significant advance in the understanding of the metabolic alterations that take place in EC tumorogenesis. Our results and in vitro models evidenced the oncogenic role of ADAR2 and thus the role of RNA editing pathway in EC. Taken together, these studies help further the field of EC research by demonstrated use and optimization of new methodologies (EVs metabolomics) and gaining insights into specific biochemical perturbations that may have a critical role in endometrial carcinogenesis.