Towards precision medicine in pediatric liver cancer: discovery and validation of prognostic biomarkers

Abstract

[eng] Pediatric liver cancer is considered a rare disease and represents <3% of all pediatric tumors worldwide. The main types of liver tumors in the pediatric age group are hepatoblastoma (HB) and hepatocellular carcinoma (HCC), with an annual incidence of approximately 1.5 cases and 0.2 cases per million children, respectively. HB are diagnosed in very young children whereas HCC usually arises in adolescents and young adults. Due to the fact that HB is sensitive to the chemotherapeutic agents, the survival rate of patients with HB is between 70%-90%. By contrast, HCC is a chemoresistant tumor and pediatric patients with HCC have a very poor survival rate below 40%. The first Pediatric Hepatic International Tumor Trial (PHITT) is the current treatment for pediatric patients with HB and HCC and it is based on the Children’s Hepatic tumors International Collaboration (CHIC). The PHITT aims to reduce the chemotherapy in patients with good prognosis to diminish secondary effects and intensify as well as test new therapies in patients with aggressive tumors. The molecular knowledge of pediatric liver cancer has been limited due to the difficult access to biological samples by the scientific community. In addition, there is an unmet need to incorporate biology into the clinical setting to improve the current clinical management of childhood liver cancer and improve the quality of life and survival of pediatric patients suffering these tumors. The main objective of the current thesis was to deep into the molecular insights of pediatric liver tumors at genomic, epigenomic and transcriptomic level as well as identify and validate biomarkers to be used in the clinical setting. As a result, in the Study I, we successfully validated the 16-gene signature as an independent prognostic factor in a large cohort of 174 patients

with HB and NFE2L2 and TERT promoter mutations in poor prognostic and older patients with HB, respectively. In addition, in the Study II, we identified a strong epigenetic footprint of HB which includes the discovery of (i) a dyresgulation of RNA editing for the first time, (ii) a strong overexpression of non-coding transcripts of the 14q32 DLK1/DIO3 locus associated with poor patient outcome and (iii) the identification of two epigenomic subtypes characterized by distinct degrees of DNA hypomethylation and CpG island hypermethylation. Combining novel and already published biomarkers, we defined the first molecular risk stratification of HB (MRS-HB) and identified CHKA as a therapeutic target for aggressive HBs. Finally, in Study III, we compared omics data of HB and pediatric HCC at molecular level and we found strong similarities between the two entities which allowed us to identify SPINK1 as a new prognostic factor for childhood liver cancer and also for adult HCC.

[spa] El cáncer de hígado pediátrico se considera una enfermedad rara y representa <3% de todos los tumores pediátricos del mundo. Los principales tipos de tumores hepáticos en el grupo de edad pediátrica son el hepatoblastoma (HB) y el carcinoma hepatocelular (HCC), con una incidencia anual de aproximadamente 1,5 casos y 0,2 casos por millón de niños, respectivamente. Los HB se diagnostican en niños muy pequeños, mientras que el HCC suele aparecer en adolescentes y adultos jóvenes. Debido a que el HB es sensible a los agentes quimioterapéuticos, la tasa de supervivencia de los pacientes con HB se sitúa entre el 70%-90%. Por el contrario, el HCC es un tumor quimiorresistente y los pacientes pediátricos con HCC tienen una tasa de supervivencia muy baja, inferior al 40%. El primer Ensayo Internacional de Tumores Hepáticos Pediátricos (PHITT) es el tratamiento actual para los pacientes pediátricos con HB y HCC y se basa en la Colaboración Internacional de Tumores Hepáticos Infantiles (CHIC). El PHITT tiene como objetivo reducir la quimioterapia en pacientes con buen pronóstico para disminuir los efectos secundarios e intensificar y probar nuevas terapias en pacientes con tumores agresivos.

El conocimiento molecular del cáncer de hígado pediátrico ha sido limitado debido al difícil acceso a las muestras biológicas por parte de la comunidad científica. Además, existe una necesidad de incorporar la biología al ámbito clínico para mejorar el manejo actual del cáncer de hígado infantil y mejorar la calidad de vida y la supervivencia de los pacientes pediátricos que sufren estos tumores. El objetivo principal de la presente tesis fue profundizar en los conocimientos moleculares de los tumores hepáticos pediátricos a nivel genómico, epigenómico y transcriptómico, así como identificar y validar biomarcadores para ser utilizados en el ámbito clínico. Como resultado, en el Estudio I, validamos con éxito la firma de 16 genes como factor pronóstico independiente en una gran cohorte de 174 pacientes con HB y las presencia de mutaciones en NFE2L2 y en el promotor TERT en pacientes de mal pronóstico y mayores con HB, respectivamente. Además, en el Estudio II, identificamos una fuerte huella epigenética de la HB que incluyó el descubrimiento de (i) una desregulación de la edición del ARN por primera vez, (ii) una fuerte sobreexpresión de los transcritos no codificantes del locus 14q32 DLK1/DIO3 asociada a un mal pronóstico de los pacientes y (iii) la identificación de dos subtipos epigenómicos caracterizados por distintos grados de hipometilación del ADN e hipermetilación de islas CpG. Combinando nuevos biomarcadores y otros ya publicados, definimos la primera estratificación de riesgo molecular del HB (MRS-HB) e identificamos la CHKA como diana terapéutica para los casos de HB agresivos. Por último, en el Estudio III, comparamos los datos ómicos de HB y HCC pediátrico a nivel molecular y encontramos fuertes similitudes entre ellos que nos permitieron identificar SPINK1 como un nuevo factor pronóstico para el cáncer de hígado infantil y también para el HCC adulto