Вопросы гематологии/онкологии и иммунопатологии в педиатрии. 2022; 21: 18-30
Сравнительный анализ генетического профиля нейробластомы в дебюте, рецидиве или прогрессии заболевания и определение прогностической роли генетических изменений
https://doi.org/10.24287/1726-1708-2022-21-4-18-30Аннотация
Нейробластома (НБ) – самая частая экстракраниальная солидная эмбриональная опухоль у детей, способная к самостоятельной регрессии или, напротив, крайне агрессивному течению. Наличие клинической гетерогенности способствует неугасаемому интересу к изучению молекулярно-генетических особенностей НБ, способных объяснить разное поведение опухоли и потенциальное использование этих данных для индивидуализации противоопухолевого лечения. К настоящему времени по данным многочисленных исследований определена неблагоприятная прогностическая роль активации путей р53 и RAS–MAPK, а также феномена поддержания длины теломер. Показано, что параллельно с повышением мутационной нагрузки в рецидиве заболевания происходит редукция субклональной гетерогенности, что характеризует различный генетический профиль в дебюте заболевания и при развитии неблагоприятного события. Таким образом, целью данной работы явился анализ изменений генетического профиля НБ во временном интервале от первичной верификации диагноза до рецидива или прогрессии заболевания и анализ прогностической значимости данных изменений. В ретроспективно-проспективное исследование были включены 46 пациентов с морфологически верифицированной периферической нейрогенной опухолью, получавших лечение или отдельные его этапы в НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева за период с июля 2013 г. по декабрь 2021 г. согласно модифицированному протоколу NB-2004. Данное исследование одобрено независимым этическим комитетом и утверждено решением ученого совета НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева. Группа наблюдения была представлена 25 пациентами, промежуточного риска – 1, высокого риска – 20. Основным критерием включения в исследование было наличие ткани опухоли, пригодной для исследования, полученной как в дебюте заболевания, так и в рецидиве/прогрессии. В исследовании использованы методы мультиплексной лигазной цепной реакции (MLPA) для оценки сегментарных и количественных хромосомных аберраций, секвенирования нового поколения (NGS) для анализа нуклеотидных вариантов, полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией для оценки уровня экспрессии гена TERT. Статистический анализ проводился по состоянию на 01.04.2022. В исследованной когорте подтвержден прогностический вклад амплификации MYCN (р < 0,001) при выявлении в дебюте заболевания или при развитии прогрессии, а также делеции 1р (р = 0,01) при выявлении в первичной опухоли. Показано влияние уровня экспрессии TERT, измеренной в первичной опухоли, на клиническое течение заболевания у пациентов групп промежуточного риска и наблюдения: группа с локальным рецидивом/прогрессией (n = 3; –5 (от –10,5 до –3,5)), системным рецидивом (n = 3; –2 (от –2,5 до –1)) и отсутствием второго неблагоприятного события (n = 20; –7 (от –9 до –5,5)), р = 0,037. При сравнении мутационного профиля опухоли в дебюте заболевания и при развитии рецидива было отмечено, что он крайне нестабилен и подвержен значительным вариациям: у 38,5% (10/26) пациентов в парных образцах не было выявлено клинически значимых генетических вариантов в анализируемом геномном регионе интереса, в 19,2% (5/26) случаев в ткани первичной опухоли и в рецидиве обнаруживались идентичные онкогенные варианты с изменением фракции альтернативного аллеля (2/5), утратой одного из выявленных вариантов в первичной опухоли (1/5), приобретением дополнительных мутаций в рецидиве (2/5), у 19,2% (5/26) пациентов в ткани рецидивной опухоли не определялись выявленные в первичной опухоли онкогенные генетические варианты, у 7,7% (2/26) больных были обнаружены утрата онкогенного генетического варианта, выявленного в дебюте заболевания, и появление новых клинически значимых вариантов, в 15,4% (4/26) случаев отмечено появление новых мутаций в ткани опухоли. Варианты, приводящие к активации сигнального пути RAS–MAPK и блокированию пути р53 в первичной опухоли выявлены у 31% (9/29) пациентов и 20,7% (6/29) больных соответственно, в рецидиве/прогрессии – 29% (9/31) и 6,5% (2/31) соответственно. Стратификация на группы риска, учитывающая только цитогенетические аберрации, не может объяснить все случаи агрессивного течения опухоли. Дополнительные подходы молекулярно-генетического исследования с использованием методов MLPA, NGS, оценки экспрессии TERT дают более широкое представление о биологии опухоли и степени ее агрессивности. Прогностически значимые факторы, как правило, обнаруживаются в первичной опухоли, однако НБ – это новообразование, характеризующееся крайне высокой внутриопухолевой гетерогенностью. Факт приобретения или потери прогностически значимых молекулярно-генетических факторов позволяет опираться на них при определении долговременного прогноза и выбора мишеней для таргетной терапии.
Список литературы
1. Brodeur G., Hogarty M., Bagatell R., Mosse Y., Maris J. Neuroblastoma. In: Pizzo P., Poplack D. (eds.). Principles and Practice of Pediatric Oncology. 7th ed. Wolters Kluwer; Philadelphia, PA, USA: 2016. Рp. 772–798.
2. Brodeur G.M. Spontaneous regression of neuroblastoma. Cell Tissue Res 2018; 372 (2): 277–86. DOI:10.1007/s00441-017-2761-2
3. Maris J.M. Recent advances in neuroblastoma. N Engl J Med 2010; 362: 2202–11.
4. Berthold F., Faldum A., Ernst A., Boos J., Dilloo D., Eggert A., et al. Extended induction chemotherapy does not improve the outcome for high-risk neuroblastoma patients: results of the randomized open-label GPOH trial NB2004-HR. Ann Oncol 2020; 31 (3): 422–9. DOI:10.1016/j.annonc.2019.11.011
5. Alexandrov L., Nik-Zainal S., Wedge D., Aparicio S.A.J.R., Behjati S., Biankin A.V., et al. Signatures of mutational processes in human cancer. Nature 2013; 500: 415–21. DOI:10.1038/nature12477
6. Schramm A., Köster J., Assenov Y., Althoff K., Peifer M., Mahlow E., et al. Mutational dynamics between primary and relapse neuroblastomas. Nat Genet 2015; 47 (8): 872–7. DOI:10.1038/ng.3349
7. Carr-Wilkinson J., O'Toole K., Wood K.M., Challen C.C., Baker A.G., Board J.R., et аl. High Frequency of p53/MDM2/p14ARF Pathway Abnormalities in Relapsed Neuroblastoma. Clin Cancer Res 2010; 16 (4): 1108–18. DOI:10.1158/1078-0432.CCR09-1865
8. Eleveld T.F., Oldridge D.A., Bernard V., Koster J., Colmet Daage L., Diskin S.J., et al. Relapsed neuroblastomas show frequent RASMAPK pathway mutations. Nat Genet 2015; 47 (8): 864–71. DOI:10.1038/ng.3333
9. Ackermann S., Cartolano M., Hero B., Welte A., Kahlert Y., Roderwieser A., еt al. A mechanistic classification of clinical phenotypes in neuroblastoma. Science 2018; 362 (6419): 1165–70. DOI:10.1126/science.aat6768
10. Basta N.O., Halliday G.C., Makin G., Birch J., Feltbower R., Bown N., еt аl. Factors associated with recurrence and survival length following relapse in patients with neuroblastoma. Br J Cancer 2016; 115 (9): 1048–57. DOI:10.1038/bjc.2016.302
11. Ambros I.M., Brunner B., Aigner G. Bedwell С., Beiske К., Bénard J., et al. A Multilocus technique for risk evaluation of patients with neuroblastoma. Clin Cancer Res 2011; 17: 792–804. Ambros P.F., Ambros I.M., Brodeur G.M., Haber M., Khan J., Nakagawara A., et al. International consensus for neuroblastoma molecular diagnostics: report from the International Neuroblastoma Risk Group (INRG) Biology Committee. Br J Cancer 2009; 100: 1471–82.
12. Von Stedingk K., Gisselsson D., Bexell D. Multidimensional intratumour heterogeneity in neuroblastoma. Oncotarget 2019; 10 (1): 3–5. DOI:10.18632/oncotarget.26524
13. Berbegall A.P., Bogen D., Pötschger U., Beiske K., Bown N., Combaret V., et al. Heterogeneous MYCN amplification in neuroblastoma: a SIOP Europe Neuroblastoma Study. Br J Cancer 2018; 118 (11): 1502–12. DOI:10.1038/s41416-018-0098-6
14. Janoueix-Lerosey I., Lequin D., Brugières L., Ribeiro A., de Pontual L., Combaret V., еt аl. Somatic and germline activating mutations of the ALK kinase receptor in neuroblastoma. Nature 2008; 455 (7215): 967–70. DOI:10.1038/nature07398
15. Mossé Y.P., Laudenslager M., Longo L., Cole K.A., Wood A., Attiyeh E.F., et аl. Identification of ALK as a major familial neuroblastoma predisposition gene. Nature 2008; 455 (7215): 930–5. DOI:10.1038/nature07261
16. Sausen M., Leary R.J., Jones S., Wu J., Reynolds C.P., Liu X., еt аl. Integrated genomic analyses identify ARID1A and ARID1B alterations in the childhood cancer neuroblastoma. Nat Genet 2013; 45 (1): 12–7. DOI:10.1038/ng.2493
17. Schleiermacher G., Janoueix-Lerosey I., Delattre O. Recent insights into the biology of neuroblastoma. Int J Cancer 2014; 135 (10): 2249–61. DOI:10.1002/ijc.29077
18. Chicard M., Colmet-Daage L., Clement N., Danzon A., Bohec M., Bernard V., et al. Whole-Exome Sequencing of Cell-Free DNA Reveals Temporo-spatial Heterogeneity and Identifies Treatment-Resistant Clones in Neuroblastoma. Clin Cancer Res 2018; 24 (4): 939–49. DOI:10.1158/1078-0432.CCR17-1586
19. Abbasi M.R., Rifatbegovic F., Brunner C., Mann G., Ziegler A., Pötschger U., et аl. Impact of Disseminated Neuroblastoma Cells on the Identification of the Relapse-Seeding Clone. Clin Cancer Res 2017; 23 (15): 4224–32. DOI:10.1158/1078-0432.CCR-16-2082
20. Parsons D.W., Roy A., Yang Y., Wang T., Scollon S., Bergstrom K., et al. Diagnostic Yield of Clinical Tumor and Germline Whole-Exome Sequencing for Children With Solid Tumors. JAMA Oncol 2016; 2 (5): 616–24. DOI:10.1001/jamaoncol.2015.5699
21. Mengelbier L., Karlsson J., Lindgren D., Valind А., Lilljebjörn Н., Jansson С., et al. Intratumoral genome diversity parallels progression and predicts outcome in pediatric cancer. Nat Commun 2015; 6: 6125. DOI:10.1038/ncomms7125
22. Hiyama E., Hiyama K., Nishiyama M., Reynolds C.P., Shay J.W., Yokoyama T. Differential gene expression profiles between neuroblastomas with high telomerase activity and low telomerase activity. J Pediatr Surg 2003; 38 (12): 1730–4. DOI:10.1016/j.jpedsurg.2003.08.042
23. Ohali A., Avigad S., Ash S., Goshen Y., Luria D., Feinmesser M., et al. Telomere length is a prognostic factor in neuroblastoma. Cancer 2006; 107 (6): 1391–9. DOI:10.1002/cncr.22132
Pediatric Hematology/Oncology and Immunopathology. 2022; 21: 18-30
Comparative genetic profiling of neuroblastoma at the onset vs recurrence or progression of the tumor and determination of the prognostic role of genetic alterations
https://doi.org/10.24287/1726-1708-2022-21-4-18-30Abstract
Neuroblastoma (NB) is the most prevalent extracranial solid embryonal tumor in children, capable of both spontaneous regression and extremely aggressive course. The clinical heterogeneity of NB feeds the continual interest in its molecular genetic profiles as a potential key to the variable tumor behaviors and treatment personalization. To date, a number of studies indicate unfavorable prognostic roles of p53 and RAS–MAPK pathway activation, as well as that of telomere maintenance mechanisms. The increase in mutational load observed in recurrent NB has been shown to reduce the degree of subclonal heterogeneity, leading to pronounced distinction between genetic profiles of the tumor as recorded at primary and recurrent manifestations. This study aimed to analyze the alterations in genetic profiles of NB over time from the initial verification of the diagnosis till a disease-related adverse event (relapse or progression), as well as the potential prognostic significance of such alterations. The retrospective-prospective study enrolled 46 patients with morphologically verified peripheral neurogenic tumors, receiving treatment entirely or partially at the Dmitry Rogachev National Medical Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology from July 2013 till December 2021 in accordance with the modified NB-2004 protocol. The study was approved by the Independent Ethics Committee and the Scientific Council of the Dmitry Rogachev National Medical Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology. The cohort included an observation group of 25 patients, 1 intermediate-risk case and 20 high-risk cases. The main inclusion criterion concerned the availability of tumor tissue suitable for molecular examination, obtained both at the onset of the disease and at relapse/progression. We used the multiplex ligation-dependent probe amplification assay (MLPA) for the assessment of segmental and copy number chromosome aberrations, next-generation sequencing (NGS) to identify nucleotide variants, and reverse transcription polymerase chain reaction to assess the TERT gene expression levels. The statistical analysis used data available by April 01, 2022. In the studied cohort, the analysis confirmed prognostic contribution of MYCN amplifications (p < 0.001) detected at the onset of the disease or at its progression, as well as of 1p deletions (p = 0.01) detected in primary tumors. The expression of TERT in primary NBs was shown to correlate with the clinical course of the disease in the intermediate-risk and observation group, including local recurrence/progression (n = 3; –5 (–10.5…–3.5)), systemic relapses (n = 3; –2 (–2.5…–1)) and the lack of second adverse event (n = 20; –7 (–9…–5.5)), р = 0.037. Pairwise comparison of mutational profiles at the onset of the disease and at relapse revealed extreme degree of instability and significant variations: 38.5% (10/26) of the patients had no clinically significant genetic variants in the analyzed genomic region of interest in paired samples, 19.2% (5/26) of the patients had identical oncogenic variants in primary and relapsed tumor tissues, albeit with altered variant allele fraction (2/5), loss of one of the variants identified in the primary tumor (1/5), or acquisition of additional mutations upon recurrence (2/5), in 19.2% (5/26) of the patients, oncogenic genetic variants detected in primary NB were subsequently lost, in 7.7% (2/26) of patients, a loss of an oncogenic genetic variant identified at the onset on the disease was accompanied by the emergence of new clinically significant variants, and 15.4% (4/26) of the patients presented with new mutations in relapsed tumor tissue. Genetic variants leading to RAS–MAPK pathway activation and р53 pathway inhibition in primary tumors were identified in 31% (9/29) and 20.7% (6/29) of primary tumors and 29% (9/31) and 6.5% (2/31) of relapsed tumors, respectively. Risk group stratification based solely on cytogenetic aberrations fails to account for all cases of aggressive course of NB. Advanced molecular genetic approaches including MLPA and NGS, as well as the TERT mRNA quantitation, provide expanded characterization of the tumor biology and aggressiveness. Although prognostic markers are typically found in primary tumors, for NB, the use of such markers can be hampered by extremely high intratumoral heterogeneity. The data on acquisition or loss of prognostically significant molecular genetic markers in the course of the disease is useful for long-term prognosis and selection of targets for specific therapies.
References
1. Brodeur G., Hogarty M., Bagatell R., Mosse Y., Maris J. Neuroblastoma. In: Pizzo P., Poplack D. (eds.). Principles and Practice of Pediatric Oncology. 7th ed. Wolters Kluwer; Philadelphia, PA, USA: 2016. Rp. 772–798.
2. Brodeur G.M. Spontaneous regression of neuroblastoma. Cell Tissue Res 2018; 372 (2): 277–86. DOI:10.1007/s00441-017-2761-2
3. Maris J.M. Recent advances in neuroblastoma. N Engl J Med 2010; 362: 2202–11.
4. Berthold F., Faldum A., Ernst A., Boos J., Dilloo D., Eggert A., et al. Extended induction chemotherapy does not improve the outcome for high-risk neuroblastoma patients: results of the randomized open-label GPOH trial NB2004-HR. Ann Oncol 2020; 31 (3): 422–9. DOI:10.1016/j.annonc.2019.11.011
5. Alexandrov L., Nik-Zainal S., Wedge D., Aparicio S.A.J.R., Behjati S., Biankin A.V., et al. Signatures of mutational processes in human cancer. Nature 2013; 500: 415–21. DOI:10.1038/nature12477
6. Schramm A., Köster J., Assenov Y., Althoff K., Peifer M., Mahlow E., et al. Mutational dynamics between primary and relapse neuroblastomas. Nat Genet 2015; 47 (8): 872–7. DOI:10.1038/ng.3349
7. Carr-Wilkinson J., O'Toole K., Wood K.M., Challen C.C., Baker A.G., Board J.R., et al. High Frequency of p53/MDM2/p14ARF Pathway Abnormalities in Relapsed Neuroblastoma. Clin Cancer Res 2010; 16 (4): 1108–18. DOI:10.1158/1078-0432.CCR09-1865
8. Eleveld T.F., Oldridge D.A., Bernard V., Koster J., Colmet Daage L., Diskin S.J., et al. Relapsed neuroblastomas show frequent RASMAPK pathway mutations. Nat Genet 2015; 47 (8): 864–71. DOI:10.1038/ng.3333
9. Ackermann S., Cartolano M., Hero B., Welte A., Kahlert Y., Roderwieser A., et al. A mechanistic classification of clinical phenotypes in neuroblastoma. Science 2018; 362 (6419): 1165–70. DOI:10.1126/science.aat6768
10. Basta N.O., Halliday G.C., Makin G., Birch J., Feltbower R., Bown N., et al. Factors associated with recurrence and survival length following relapse in patients with neuroblastoma. Br J Cancer 2016; 115 (9): 1048–57. DOI:10.1038/bjc.2016.302
11. Ambros I.M., Brunner B., Aigner G. Bedwell S., Beiske K., Bénard J., et al. A Multilocus technique for risk evaluation of patients with neuroblastoma. Clin Cancer Res 2011; 17: 792–804. Ambros P.F., Ambros I.M., Brodeur G.M., Haber M., Khan J., Nakagawara A., et al. International consensus for neuroblastoma molecular diagnostics: report from the International Neuroblastoma Risk Group (INRG) Biology Committee. Br J Cancer 2009; 100: 1471–82.
12. Von Stedingk K., Gisselsson D., Bexell D. Multidimensional intratumour heterogeneity in neuroblastoma. Oncotarget 2019; 10 (1): 3–5. DOI:10.18632/oncotarget.26524
13. Berbegall A.P., Bogen D., Pötschger U., Beiske K., Bown N., Combaret V., et al. Heterogeneous MYCN amplification in neuroblastoma: a SIOP Europe Neuroblastoma Study. Br J Cancer 2018; 118 (11): 1502–12. DOI:10.1038/s41416-018-0098-6
14. Janoueix-Lerosey I., Lequin D., Brugières L., Ribeiro A., de Pontual L., Combaret V., et al. Somatic and germline activating mutations of the ALK kinase receptor in neuroblastoma. Nature 2008; 455 (7215): 967–70. DOI:10.1038/nature07398
15. Mossé Y.P., Laudenslager M., Longo L., Cole K.A., Wood A., Attiyeh E.F., et al. Identification of ALK as a major familial neuroblastoma predisposition gene. Nature 2008; 455 (7215): 930–5. DOI:10.1038/nature07261
16. Sausen M., Leary R.J., Jones S., Wu J., Reynolds C.P., Liu X., et al. Integrated genomic analyses identify ARID1A and ARID1B alterations in the childhood cancer neuroblastoma. Nat Genet 2013; 45 (1): 12–7. DOI:10.1038/ng.2493
17. Schleiermacher G., Janoueix-Lerosey I., Delattre O. Recent insights into the biology of neuroblastoma. Int J Cancer 2014; 135 (10): 2249–61. DOI:10.1002/ijc.29077
18. Chicard M., Colmet-Daage L., Clement N., Danzon A., Bohec M., Bernard V., et al. Whole-Exome Sequencing of Cell-Free DNA Reveals Temporo-spatial Heterogeneity and Identifies Treatment-Resistant Clones in Neuroblastoma. Clin Cancer Res 2018; 24 (4): 939–49. DOI:10.1158/1078-0432.CCR17-1586
19. Abbasi M.R., Rifatbegovic F., Brunner C., Mann G., Ziegler A., Pötschger U., et al. Impact of Disseminated Neuroblastoma Cells on the Identification of the Relapse-Seeding Clone. Clin Cancer Res 2017; 23 (15): 4224–32. DOI:10.1158/1078-0432.CCR-16-2082
20. Parsons D.W., Roy A., Yang Y., Wang T., Scollon S., Bergstrom K., et al. Diagnostic Yield of Clinical Tumor and Germline Whole-Exome Sequencing for Children With Solid Tumors. JAMA Oncol 2016; 2 (5): 616–24. DOI:10.1001/jamaoncol.2015.5699
21. Mengelbier L., Karlsson J., Lindgren D., Valind A., Lilljebjörn N., Jansson S., et al. Intratumoral genome diversity parallels progression and predicts outcome in pediatric cancer. Nat Commun 2015; 6: 6125. DOI:10.1038/ncomms7125
22. Hiyama E., Hiyama K., Nishiyama M., Reynolds C.P., Shay J.W., Yokoyama T. Differential gene expression profiles between neuroblastomas with high telomerase activity and low telomerase activity. J Pediatr Surg 2003; 38 (12): 1730–4. DOI:10.1016/j.jpedsurg.2003.08.042
23. Ohali A., Avigad S., Ash S., Goshen Y., Luria D., Feinmesser M., et al. Telomere length is a prognostic factor in neuroblastoma. Cancer 2006; 107 (6): 1391–9. DOI:10.1002/cncr.22132
