Molecular insights into ovarian endometriosis: Towards a personalized management

Abstract

L’endometriosi és una malaltia crònica, inflamatòria, i dependent d’estrògens que es caracteritza per la presència de teixit similar a l’endometri fora de l’úter. A l’ovari, es presenta en forma d’endometrioma, una lesió quística plena de fluid que promou un microambient pro-inflamatori i oxidatiu, afectant el teixit circumdant i causant dolor pelvià i infertilitat. Tenint en compte la complexitat i heterogeneïtat d’aquesta malaltia, necessitem avançar cap a la medicina personalitzada per millorar-ne el maneig clínic, però per fer-ho, és essencial comprendre’n millor la patogènesi i els factors moleculars rellevants. Aquesta tesi utilitza una estratègia multi-òmica, focalitzada en els perfils proteòmics dels endometriomes, per investigar l’heterogeneïtat d’aquestes lesions i abordar la seva recurrència postoperatòria. La recurrència representa un repte important en el maneig terapèutic de l’endometriosi, afectant fins al 50% de les pacients en 5 anys post-cirurgia, evidenciant la necessitat de desenvolupar eines predictives i dianes terapèutiques per millorar-ne el maneig clínic a llarg termini. Hem confirmat la idoneïtat dels teixits d’endometrioma en FFPE per la descoberta de biomarcadors en base a la seva caracterització proteòmica, demostrant un perfil proteic estable entre lesions primàries i recurrents. En una cohort de 134 mostres de 68 pacients, hem identificat tres subtipus moleculars en base als patrons d’expressió proteica de les mostres i als components immune i estromals estimats. Els subtipus no correlacionen significativament amb paràmetres clínics específics i poden coexistir en una mateixa lesió. Hem identificat 30 proteïnes potencialment associades a la recurrència en l’anàlisi d’aquesta cohort, 11 de les quals intercorrelacionades i amb rols lisosomals. Un model de regressió logística combinant l’expressió de PSAP amb factors clínics demostra una AUC de 0.81 per la predicció de la recurrència. Hem vist que la desregulació immune, especialment deficiències en el processament i presentació d’antígens, i la disfunció lisosomal dels macròfags tenen un paper clau en la recurrència. Aquesta tesi presenta una caracterització proteòmica exhaustiva de l’endometriosi ovàrica, descrivint-ne l’heterogeneïtat a nivell d’expressió proteica, i centrant-se en la recurrència postoperatòria des d’una perspectiva translacional. En resum, proporcionem noves perspectives sobre la patogènesi i la recurrència de l’endometrioma, establint les bases per a futurs estudis orientats a millorar i personalitzar el maneig clínic de l’endometriosi ovàrica.

Paraules clau: Endometriosi ovàrica, Endometrioma, Perfil proteòmic, Heterogeneïtat, Subtipus moleculars, Recurrència, Biomarcador pronòstic, Disfunció immune, Medicina personalitzada.

La endometriosis es una enfermedad crónica, inflamatoria y dependiente de estrógenos que se caracteriza por la presencia de tejido similar al endometrio fuera del útero. En el ovario, se presenta como endometriomas, una lesión quística llena de fluido que promueve un microambiente proinflamatorio y oxidativo, afectando el tejido circundante y causando dolor pélvico e infertilidad. Teniendo en cuenta la complejidad y heterogeneidad de esta enfermedad, es crucial avanzar hacia la medicina personalizada para mejorar su manejo clínico, pero para ello, es esencial comprender mejor su patogénesis y factores moleculares asociados. Esta tesis utiliza una estrategia multi-ómica, centrada en los perfiles proteómicos de los endometriomas, para investigar la heterogeneidad de estas lesiones y abordar su recurrencia postoperatoria. La recurrencia representa un desafío importante en el manejo terapéutico de la endometriosis, afectando hasta el 50% de las pacientes a los 5 años postcirugía, lo que evidencia la necesidad de desarrollar herramientas predictivas y dianas terapéuticas para mejorar su manejo clínico a largo plazo. Hemos confirmado la idoneidad de los tejidos de endometrioma en FFPE para el descubrimiento de biomarcadores en base a su caracterización proteómica, demostrando un perfil proteico estable entre lesiones primarias y recurrentes. En una cohorte de 134 muestras de 68 pacientes, hemos identificado tres subtipos moleculares basados en los patrones de expresión proteica de las muestras y los componentes inmune y estromales estimados. Los subtipos no correlacionan significativamente con parámetros clínicos específicos y pueden coexistir en una misma lesión. Hemos identificado 30 proteínas potencialmente asociadas a la recurrencia en el análisis de esta cohorte, 11 de las cuales están coexpresadas y tienen roles lisosomales. Un modelo de regresión logística combinando la expresión de PSAP con factores clínicos muestra un AUC de 0.81 para la predicción de la recurrencia. Hemos observado que la desregulación inmune, especialmente las deficiencias en el procesamiento y presentación de antígenos, y la disfunción lisosomal de los macrófagos tienen un papel clave en la recurrencia. Esta tesis presenta una caracterización proteómica exhaustiva de la endometriosis ovárica, describiendo su heterogeneidad a nivel de expresión proteica y centrándose en la recurrencia postoperatoria desde una perspectiva traslacional. Así, proporcionamos nuevas perspectivas sobre la patogénesis y la recurrencia del endometrioma, sentando las bases para futuros estudios orientados a mejorar y personalizar el manejo clínico de la endometriosis ovárica.

Palabras clave: Endometriosis ovárica, Endometrioma, Perfil proteómico, Heterogeneidad, Subtipos moleculares, Recurrencia, Biomarcador pronóstico, Disfunción inmune, Medicina personalizada.

Endometriosis is a chronic, oestrogen-dependent inflammatory condition characterized by the presence of endometrial-like tissue in ectopic sites. In the ovary, it presents in the form of endometriomas, fluid-filled cystic lesions that promote a pro-inflammatory and oxidative environment, affecting the surrounding tissue and causing pelvic pain and infertility. Given the complexity and heterogeneity of the disease, advancing towards personalized medicine is crucial to improve clinical management, but for that, it is essential to better understand the disease's pathogenesis and molecular drivers. This thesis leverages multi-omics approaches, focusing on proteomic profiling of endometriomas, to investigate lesion heterogeneity and address postoperative recurrence. Recurrence represents a major challenge in clinical management, with up to 50% of patients experiencing lesion recurrence within five years of surgery, evidencing the urgent need for predictive tools and therapeutic targets to improve long-term outcomes. Proteomic profiling of FFPE-derived endometrioma tissues confirmed their suitability for biomarker discovery, revealing stable protein expression profiles between primary and recurrent lesions. We identified three molecular subtypes using a cohort of 134 samples from 68 patients, based on their expression patterns and inferred immune and stromal components. Multiple subtypes can coexist within a single lesion, and did not significantly correlate with specific clinical traits. Recurrence-focused analysis of this cohort identified 30 potential recurrence biomarker proteins, 11 of which were significantly co-expressed and with lysosomal roles. A logistic regression model combining PSAP expression with clinical factors achieved an AUC of 0.81 for recurrence prediction. Immune dysregulation, particularly defects in antigen processing and presentation and macrophage lysosomal dysfunction emerged as key contributors to recurrence. This thesis presents a comprehensive proteomic characterization of ovarian endometriosis, describing its heterogeneity at the protein expression level and focusing on postoperative recurrence with a translational perspective. In summary, we provide new insights into endometrioma pathogenesis and recurrence, laying the groundwork for future studies aimed at improving personalized clinical management of ovarian endometriosis.

Key words: Ovarian endometriosis, Endometrioma, Proteomic profiling, Heterogeneity, Molecular subtypes, Recurrence, Prognostic Biomarker, Immune dysfunction, Personalized medicine