Evaluación de potenciales biomarcadores de elevada sensibilidad a la radioterapia

Abstract

La radioteràpia (RT), en les seves múltiples aplicacions, proporciona beneficis terapèutics clau en el tractament del càncer, com el control tumoral local, la reducció de la recaiguda, així com la disminució de la morbiditat dels pacients. No obstant això, també pot generar efectes adversos que es poden distingir en aguts, considerats reversibles i que apareixen a curt termini, o crònics, que impliquen una toxicitat tardana i que poden afectar de manera substancial la qualitat de vida del pacient. Aquest és el cas de les pacients de càncer de mama, que poden desenvolupar fibrosi mamària, o dels pacients de càncer de tiroide, que poden desenvolupar xerostomia. Cal assenyalar que només el 5-10% dels pacients tractats amb RT desenvoluparan efectes adversos, i que l’aparició d’aquests efectes pot estar lligada a una major sensibilitat intrínseca a les radiacions ionitzants. A aquests pacients se’ls considera com a radiosensibles. En aquest sentit, estudiar el fenomen de la radiosensibilitat és fonamental per avançar cap a un tractament personalitzat. En aquesta tesi es proposa com a objectiu principal l’avaluació de biomarcadors de radiosensibilitat aplicables a la clínica en càncer de mama i de tiroide. Primer, en la cohort de pacients de càncer de mama es van avaluar sis potencials biomarcadors associats a fibrosi. D’aquests, i després d’ajustar per covariables, van presentar resultats robusts: l’assaig G2, que indica la funcionalitat del punt de control del cicle cel·lular G2/M; i la prova d’inestabilitat cromosòmica amb diepoxibutà. A més, es van avaluar les possibles correlacions entre els biomarcadors, destacant la correlació negativa entre γ-H2AX i l’apoptosi radioinduïda. En aquesta mateixa cohort, i considerant la variabilitat interindividual, es va investigar si existien diferències genètiques entre aquelles pacients amb una taxa més alta i més baixa d’apoptosi radioinduïda. Els resultats obtinguts van indicar que unes variants en el gen TP53 i en el gen FAS estaven representades de manera diferent entre els grups estudiats. Ambdós gens participen en el procés d’apoptosi: TP53 en la via intrínseca i FAS en la via extrínseca. Aquests resultats ens indiquen que els biomarcadors moleculars podrien estar determinats per la variabilitat genètica interindividual.

En la cohort de càncer de tiroide papil·lar, l’efecte advers considerat va ser l’aparició de xerostomia després del tractament amb iode radioactiu (I-131). En aquesta cohort es va realitzar un estudi genètic i epigenètic a partir de mostres de saliva. Els resultats del nostre estudi van identificar 62 variants genètiques associades al desenvolupament de xerostomia, de les quals 28 presentaven també un patró de metilació diferencial. D’acord amb la seva funció i relació amb aquest efecte secundari es van seleccionar 10 gens, que codificaven proteïnes implicades en: la regulació de la saliva, com PRH1 (proteïnes salivals), TAS2R46 (receptor del gust amb efecte en la secreció) i PRR4 (protecció de la mucosa oral); la síndrome de Sjögren, com TOR1AIP1 o FMN2; el control del sistema immune, com HLA-DRB1; la regeneració cel·lular, com FOXD4L5 i PAPPA2; la regulació de cèl·lules secretores, com FAM149A; i patologies neuropsiquiàtriques, com SYN3. A més, també es van identificar gens implicats en la reparació de l’ADN, com ATM, BRCA2 i RAD51B, en la senyalització de processos clau com el creixement i diferenciació cel·lular, com TGFBR1, i en el manteniment de l’estabilitat genòmica, com XRCC4 i TANC1. En conjunt, els resultats d’aquesta tesi permeten avançar en la comprensió de la base biològica subjacent a l’aparició d’efectes adversos després de la RT. Per tant, contribuiran al desenvolupament de biomarcadors que permetin anticipar i prevenir complicacions associades a la RT, promovent així una medicina personalitzada en oncologia.

La radioterapia (RT), en sus múltiples aplicaciones, proporciona beneficios terapéuticos clave en el tratamiento del cáncer, como el control tumoral local, la reducción de recaída, así como la disminución de morbilidad de los pacientes. Sin embargo, también puede generar efectos adversos que pueden distinguirse entre agudos, considerados reversibles y que aparecen a corto plazo, o crónicos, que implican una toxicidad tardía y que pueden afectar de manera sustancial a la calidad de vida del paciente. Este es el caso de las pacientes de cáncer de mama que pueden desarrollar fibrosis mamaria, o los pacientes de cáncer de tiroides que pueden desarrollar xerostomía. Cabe señalar que solo el 5-10% de pacientes tratados con RT desarrollarán efectos adversos, y que la aparición de estos efectos puede estar ligada a una mayor sensibilidad intrínseca a las radiaciones ionizantes. A estos pacientes se les considera como radiosensibles. En este sentido estudiar el fenómeno de la radiosensibilidad es fundamental para avanzar hacia un tratamiento personalizado. En esta tesis se propone como objetivo principal la evaluación de biomarcadores de radiosensibilidad aplicables a la clínica en cáncer de mama y de tiroides. Primero, en la cohorte de pacientes de cáncer de mama se evaluaron seis potenciales biomarcadores asociados a fibrosis. De estos, y tras ajustar por covariables, presentaron resultados robustos: el ensayo G2, que indica la funcionabilidad del punto de control del ciclo celular G2/M; y la prueba de inestabilidad cromosómica con diepoxibutano. Además, se evaluaron las posibles correlaciones entre los biomarcadores, destacando la correlación negativa entre y-H2AX y la apoptosis radioinducida. En esta misma cohorte, y considerando la variabilidad interindividual, se investigó si existían diferencias genéticas entre aquellas pacientes con mayor y menor tasa de apoptosis radioinducida. Los resultados obtenidos indicaron que unas variantes en el gen TP53 y en el gen FAS, estaban representadas de forma diferente entre los grupos estudiados. Ambos genes participan en el proceso de apoptosis: TP53 en la vía intrínseca y FAS en la vía extrínseca. Estos resultados nos indican que los biomarcadores moleculares podrían venir determinados por la variabilidad genética interindividual.

En la cohorte de cáncer de tiroides papilar, el efecto adverso considerado fue la aparición de xerostomía tras el tratamiento con yodo radiactivo (I-131). En esta cohorte se realizó un estudio genético y epigenético a partir de muestras de saliva. Los resultados de nuestro estudio identificaron 62 variantes genéticas asociadas al desarrollo de xerostomía, de las cuales 28 de ellas presentaban también un patrón de metilación diferencial. En base a su función y relación con este efecto secundario se seleccionaron 10 genes, que codificaban proteínas implicadas en: la regulación de la saliva, como PRH1 (proteínas salivares), TAS2R46 (receptor del gusto con efecto en la secreción) y PRR4 (protección de la mucosa oral); el síndrome de Sjögren, como TOR1AIP1 o FMN2; el control del sistema inmune, como HLA-DRB1; la regeneración celular, como FOXD4L5 y PAPPA2; la regulación de células secretoras, como FAM149A; y patologías neuropsiquiátricas, como SYN3. Además, también se identificaron genes implicados en la reparación del ADN, como ATM, BRCA2 y RAD51B, en la señalización de procesos clave como el crecimiento y diferenciación celular, como TGFBR1, y en el mantenimiento de la estabilidad genómica, como XRCC4 y TANC1. En conjunto, los resultados de esta tesis permiten avanzar en la comprensión de la base biológica subyacente a la aparición de efectos adversos tras la RT. Por lo tanto, contribuirán al desarrollo de biomarcadores que permitan anticipar y prevenir complicaciones asociadas a la RT, promoviendo así una medicina personalizada en oncología.

Radiotherapy (RT), in its multiple applications, provides key therapeutic benefits in cancer treatment, such as local tumor control, reduction of relapse, and decreased patient morbidity. However, it can also generate adverse effects that can be distinguished between acute, considered reversible and appearing in the short term, or chronic, which involve late-onset toxicity and can substantially affect the patient's quality of life. This is the case of breast cancer patients who may develop breast fibrosis, or thyroid cancer patients who may develop xerostomia. It should be noted that only 5-10% of patients treated with RT will develop adverse effects, and that the appearance of these effects may be linked to a greater intrinsic sensitivity to ionizing radiation. These patients are considered radiosensitive. In this sense, studying the phenomenon of radiosensitivity is essential for moving toward personalized treatment. The main objective of this thesis is to evaluate radiosensitivity biomarkers applicable to clinical practice in breast and thyroid cancer. First, six potential biomarkers were evaluated in the cohort of breast cancer patients. Of these, and after adjusting for covariates, the following presented robust results: the G2 assay, which indicates the functionality of the G2/M cell cycle checkpoint; and the diepoxybutane chromosomal instability test. Furthermore, potential correlations between the biomarkers were assessed, highlighting a negative correlation between y-H2AX and radiation-induced apoptosis. In this same cohort, and considering interindividual variability, we investigated whether there were genetic differences between patients with higher and lower rates of radiation-induced apoptosis. The results indicated that certain variants in the TP53 and FAS genes were differentially represented between the groups studied. Both genes are involved in the apoptosis process: TP53 in the intrinsic pathway and FAS in the extrinsic pathway. These results indicate that molecular biomarkers could be determined by interindividual genetic variability.

In the papillary thyroid cancer cohort, the adverse effect considered was the development of xerostomia after treatment with I-131. A genetic and epigenetic study was performed in this cohort using saliva samples. The results of our study identified 62 genetic variants associated with the development of xerostomia, 28 of which also presented a differential methylation pattern. Based on their function and relationship with this side effect, 10 genes were selected, which encoded proteins involved in: saliva regulation, such as PRH1(salivary proteins), TAS2R46 (taste receptor involved in secretion), and PRR4 (protection of the oral mucosa); Sjögren's syndrome, such as TOR1AIP1 or FMN2; immune system control, such as HLA-DRB1; cell regeneration, such as FOXD4L5 and PAPPA2; regulation of secretory cells, such as FAM149A; and neuropsychiatric disorders, such as SYN3. Furthermore, genes involved in DNA repair, such as ATM, BRCA2, and RAD51B, in signaling for key processes like cell growth and differentiation, such as TGFBR1, and in maintaining genomic stability, such as XRCC4 and TANC1, were also identified. Taken together, the results of this thesis allow us to advance our understanding of the biological basis underlying the development of adverse effects after RT. Therefore, they will contribute to the development of biomarkers that allow us to anticipate and prevent complications associated with RT, thus promoting personalized medicine in oncology.