Nieuwe techniek voor het opsporen van kanker
Iedereen komt weleens op een of andere manier in contact met kanker. Sommige kennen familieleden of vrienden die de diagnose gekregen hebben, andere kregen de diagnose zelf. Daarom is het belangrijk om mutaties, die leiden tot de vorming van kanker, te kunnen opsporen. Zodat aan elke patiënt vroegtijdig de juiste specifieke behandeling kan toegewezen worden. In mijn bachelorproef onderzoek heb ik een techniek geoptimaliseerd en gevalideerd waarbij mutaties gemakkelijker kunnen gedetecteerd worden.
Kanker ontleedt
Kanker is een aandoening gekenmerkt door ongecontroleerde celgroei veroorzaakt door mutaties of epigenetische veranderingen. Mutaties zijn afwijkingen in de genetische code van een gen. Sommige mutaties zorgen voor een verandering in de functie van het gen, andere zorgen voor geen verandering in de functie van het gen, deze worden ook wel stille mutaties genoemd. Epigenetische veranderingen zijn veranderingen die ervoor zorgen dat de functie van het gen verandert, zonder dat de genetische code verandert.
Mutaties in bepaalde soorten genen zorgen voor het vormen van kanker. Enkele veel voorkomende kankertypes ontstaan uit verstoringen in het RAS/MAPK/ERK signaalweg. Zo is de mutatie van het Kirsten Rat Sarcoma (KRAS) gen, een veel voorkomende oorzaak bij meerdere kankertypes. Bij non-small cellullar long kanker komt dit 30% voor, bij colonkanker 40% en bij pancreaskanker komt dit zelfs 90% voor. Omdat een patiënt met een mutatie in het KRAS gen een specifieke behandeling nodig heeft, is het zeer belangrijk om deze mutatie op te sporen.
Zoeken naar een speld in een hooiberg
Momenteel wordt de KRAS mutatie in de diagnostiek opgespoord met behulp van next generation sequencing (NGS). Hierbij wordt het KRAS gen nucleotide per nucleotide bekeken. Wanneer er op een bepaalde plaats een andere nucleotide aanwezig is dan dat het oorspronkelijk zou moeten zijn, dan wordt dit gedetecteerd en is er sprake van een mutatie. NGS bedraagt een gevoeligheid van 5% variant allel frequentie, dit betekent hoe vaak de mutatie voor komt bij de patiënt. Lagere variant allel frequenties zijn wel detecteerbaar via NGS, maar niet reproduceerbaar.
Bij sommige patiënten is de KRAS mutatie in zeer lage hoeveelheid aanwezig. Hier is het dus echt zoeken naar een speld in een hooiberg. Digital droplet polymerase chain reaction (ddPCR) is een techniek die het zoeken van de speld zou moeten vergemakkelijken. Het staal wordt random verdeeld over verschillende compartimenten, in dit geval druppels. In deze fase wordt de hooiberg dus eigenlijk opgesplitst in verschillende kleine stapels hooi. Dit betekent ook dat sommige druppels dus helemaal geen mutant KRAS gen bevatten, andere dan weer wel en nog andere kunnen zelfs beide bevatten. Elke druppel ondergaat vervolgens een polymerase chain reaction, waarbij het DNA vermenigvuldigd wordt. Vervolgens kan de aanwezigheid van het mutant KRAS gen per druppel afgelezen worden. Nadien wordt er aan de hand van bepaalde software, die gebruik maakt van de Poisson verdeling, berekend in welke mate de mutatie voorkomt.
Door de optimalisatie en validatie van deze nieuwe techniek, kunnen KRAS mutaties die in een lage hoeveelheid aanwezig zijn opgespoord en gekwantificeerd worden. Daarnaast kan dit onderzoek leiden naar de detectie van andere belangrijke soorten mutaties met behulp van ddPCR.
Bibliografie
APMG Colon Molecular Pathways. (n.d.). Retrieved January 24, 2024, from http://www.apmggroup.net/innovation/molecular_testing/Colon_Pathways/co…
Ascierto, P. A., Kirkwood, J. M., Grob, J. J., Simeone, E., Grimaldi, A. M., Maio, M., Palmieri, G., Testori, A., Marincola, F. M., & Mozzillo, N. (2012). The role of BRAF V600 mutation in melanoma. Journal of Translational Medicine, 10(1), 85. https://doi.org/10.1186/1479-5876-10-85
Bai, Y., Orfao, A., & Chim, C. S. (2018). Molecular detection of minimal residual disease in multiple myeloma. British Journal of Haematology, 181(1), 11–26. https://doi.org/10.1111/BJH.15075
Bannoura, S. F., Khan, H. Y., & Azmi, A. S. (2022). KRAS G12D targeted therapies for pancreatic cancer: Has the fortress been conquered? Frontiers in Oncology, 12. https://doi.org/10.3389/FONC.2022.1013902
Barbosa, R., Acevedo, L. A., & Marmorstein, R. (2021). The MEK/ERK Network as a Therapeutic Target in Human Cancer. Molecular Cancer Research : MCR, 19(3), 361. https://doi.org/10.1158/1541-7786.MCR-20-0687
Berra, C. M., Torrezan, G. T., de Paula, C. A., Hsieh, R., Lourenço, S. V., & Carraro, D. M. (2019). Use of uracil-DNA glycosylase enzyme to reduce DNA-related artifacts from formalin-fixed and paraffin-embedded tissues in diagnostic routine. Applied Cancer Research 2019 39:1, 39(1), 1–6. https://doi.org/10.1186/S41241-019-0075-2
Ciardiello, D., Maiorano, B. A., & Martinelli, E. (2023). Targeting KRASG12C in colorectal cancer: the beginning of a new era. ESMO Open, 8(1), 100745. https://doi.org/10.1016/J.ESMOOP.2022.100745
ddPCR Mutation Detection Assays | Bio-Rad. (n.d.). Retrieved April 4, 2024, from https://www.bio-rad.com/en-be/life-science/digital-pcr/digital-pcr-assa…
Droplet Digital TM PCR Droplet Digital TM PCR Applications Guide. (n.d.).
Erfelijke aanleg voor kanker | Erfelijkheid.nl. (n.d.). Retrieved February 13, 2024, from https://www.erfelijkheid.nl/ziektes/erfelijke-aanleg-voor-kanker
Galimberti, S., Balducci, S., Guerrini, F., Del Re, M., & Cacciola, R. (2022). Digital Droplet PCR in Hematologic Malignancies: A New Useful Molecular Tool. Diagnostics, 12(6). https://doi.org/10.3390/DIAGNOSTICS12061305
Guo, Q., Lakatos, E., Bakir, I. Al, Curtius, K., Graham, T. A., & Mustonen, V. (2022). The mutational signatures of formalin fixation on the human genome. Nature Communications 2022 13:1, 13(1), 1–14. https://doi.org/10.1038/s41467-022-32041-5
Hoe ontstaat kanker? (n.d.). Retrieved January 24, 2024, from https://www.kanker.nl/algemene-onderwerpen/wat-is-kanker/algemeen/hoe-o…
Holstein, C. A., Griffin, M., Hong, J., & Sampson, P. D. (2015). Statistical method for determining and comparing limits of detection of bioassays. Analytical chemistry, 87(19), 9795–9801. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b02082
Huang, Y., Ognjenović, J., Karandur, D., Miller, K., Merk, A., Subramaniam, S., & Kuriyan, J. (2021). A molecular mechanism for the generation of Ligand-dependent differential outputs by the epidermal growth factor receptor. ELife, 10. https://doi.org/10.7554/ELIFE.73218
Huynh, M. V., Hobbs, G. A., Schaefer, A., Pierobon, M., Carey, L. M., Diehl, J. N., DeLiberty, J. M., Thurman, R. D., Cooke, A. R., Goodwin, C. M., Cook, J. H., Lin, L., Waters, A. M., Rashid, N. U., Petricoin, E. F., Campbell, S. L., Haigis, K. M., Simeone, D. M., Lyssiotis, C. A., … Der, C. J. (2022). Functional and biological heterogeneity of KRASQ61 mutations. Science Signaling, 15(746), eabn2694. https://doi.org/10.1126/SCISIGNAL.ABN2694
Ihle, M. A., Fassunke, J., König, K., Grünewald, I., Schlaak, M., Kreuzberg, N., Tietze, L., Schildhaus, H. U., Büttner, R., & Merkelbach-Bruse, S. (2014). Comparison of high resolution melting analysis, pyrosequencing, next generation sequencing and immunohistochemistry to conventional Sanger sequencing for the detection of p.V600E and non-p.V600E BRAF mutations. BMC Cancer, 14(1), 13. https://doi.org/10.1186/1471-2407-14-13
Kerick, M., Isau, M., Timmermann, B., Sültmann, H., Herwig, R., Krobitsch, S., Schaefer, G., Verdorfer, I., Bartsch, G., Klocker, H., Lehrach, H., & Schweiger, M. R. (2011). Targeted high throughput sequencing in clinical cancer Settings: formaldehyde fixed-paraffin embedded (FFPE) tumor tissues, input amount and tumor heterogeneity. BMC Medical Genomics, 4, 68. https://doi.org/10.1186/1755-8794-4-68
Kim, S., Park, C., Ji, Y., Kim, D. G., Bae, H., van Vrancken, M., Kim, D. H., & Kim, K. M. (2017). Deamination Effects in Formalin-Fixed, Paraffin-Embedded Tissue Samples in the Era of Precision Medicine. The Journal of Molecular Diagnostics, 19(1), 137–146. https://doi.org/10.1016/J.JMOLDX.2016.09.006
Kojabad, A. A., Farzanehpour, M., Galeh, H. E. G., Dorostkar, R., Jafarpour, A., Bolandian, M., & Nodooshan, M. M. (2021). Droplet digital PCR of viral DNA/RNA, current progress, challenges, and future perspectives. Journal of Medical Virology, 93(7), 4182. https://doi.org/10.1002/JMV.26846
László, L., Kurilla, A., Takács, T., Kudlik, G., Koprivanacz, K., Buday, L., & Vas, V. (2021). Recent Updates on the Significance of KRAS Mutations in Colorectal Cancer Biology. Cells, 10(3), 1–19. https://doi.org/10.3390/CELLS10030667
Lee, C. J., Shin, W., Song, M., Shin, S. S., Park, Y., Srikulnath, K., Kim, D. H., & Han, K. (2023). Comparison of digital PCR platforms using the molecular marker. Genomics & Informatics, 21(2). https://doi.org/10.5808/GI.23008
Lièvre, A., Bachet, J. B., Le Corre, D., Boige, V., Landi, B., Emile, J. F., Côté, J. F., Tomasic, G., Penna, C., Ducreux, M., Rougier, P., Penault-Llorca, F., & Laurent-Puig, P. (2006). KRAS Mutation Status Is Predictive of Response to Cetuximab Therapy in Colorectal Cancer. Cancer Research, 66(8), 3992–3995. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-06-0191
Lu, S., Jang, H., Nussinov, R., & Zhang, J. (2016). The Structural Basis of Oncogenic Mutations G12, G13 and Q61 in Small GTPase K-Ras4B. Scientific Reports, 6. https://doi.org/10.1038/SREP21949
Luo, J. (2021). KRAS mutation in Pancreatic Cancer. Seminars in Oncology, 48(1), 10. https://doi.org/10.1053/J.SEMINONCOL.2021.02.003
Mahanama, A., & Wilson-Davies, E. (2021). Insight into PCR testing for surgeons. Surgery (Oxford, Oxfordshire), 39(11), 759. https://doi.org/10.1016/J.MPSUR.2021.09.016
Montes, A. F., Orduña, V. A., Martínez, E. A., Salas, N. R., Torres, E., Lavín, D. C., Rodríguez Alonso, R. M., Falcó, E., Oliva, J. C., Cirera, L., Gómez, J. G., & Pericay, C. (2023). The Frequency of Specific KRAS Mutations, and Their Impact on Treatment Choice and Survival, in Patients With Metastatic Colorectal Cancer. The Oncologist, 28(10), e902. https://doi.org/10.1093/ONCOLO/OYAD117
Olmedillas-López, S., Lévano-Linares, D. C., Alexandre, C. L. A., Vega-Clemente, L., Sánchez, E. L., Villagrasa, A., Ruíz-Tovar, J., García-Arranz, M., & García-Olmo, D. (2017). Detection of KRAS G12D in colorectal cancer stool by droplet digital PCR. World Journal of Gastroenterology, 23(39), 7087. https://doi.org/10.3748/WJG.V23.I39.7087
Oncogenes and tumor suppressor genes: Video & Anatomy | Osmosis. (n.d.). Retrieved February 13, 2024, from https://www.osmosis.org/learn/Oncogenes_and_tumor_suppressor_genes
Ou, S. H. I., Hong, J. L., Christopoulos, P., Lin, H. M., Vincent, S., Churchill, E. N., Soeda, J., Kazdal, D., Stenzinger, A., & Thomas, M. (2023). Distribution and Detectability of EGFR Exon 20 Insertion Variants in NSCLC. Journal of Thoracic Oncology, 18(6), 744–754. https://doi.org/10.1016/J.JTHO.2023.01.086
Reita, D., Pabst, L., Pencreach, E., Guérin, E., Dano, L., Rimelen, V., Voegeli, A. C., Vallat, L., Mascaux, C., & Beau-Faller, M. (2022). Direct Targeting KRAS Mutation in Non-Small Cell Lung Cancer: Focus on Resistance. Cancers, 14(5), 1321. https://doi.org/10.3390/CANCERS14051321
Roza, A. (, & Bidshahri, ). (2017). NOVEL ULTRA-SENSITIVE DIGITAL PCR ASSAYS FOR SCREENING AND DETECTION OF RARE MISSENSE MUTATIONS IN (PROTO-)ONCOGENES.
Ruppert, A. M., Beau-Faller, M., Debieuvre, D., Ouafik, L. H., Westeel, V., Rouquette, I., Mazières, J., Bringuier, P. P., Monnet, I., Escande, F., Ricordel, C., Merlio, J. P., Janicot, H., Lemoine, A., Foucher, P., Poudenx, M., Morin, F., Langlais, A., Souquet, P. J., … Wislez, M. (2020). Outcomes of Patients With Advanced NSCLC From the Intergroupe Francophone de Cancérologie Thoracique Biomarkers France Study by KRAS Mutation Subtypes. JTO Clinical and Research Reports, 1(3). https://doi.org/10.1016/J.JTOCRR.2020.100052
Singh, R. R. (2020). Next-Generation Sequencing in High-Sensitive Detection of Mutations in Tumors: Challenges, Advances, and Applications. The Journal of Molecular Diagnostics, 22(8), 994–1007. https://doi.org/10.1016/J.JMOLDX.2020.04.213
Śmiech, M., Leszczyński, P., Kono, H., Wardell, C., & Taniguchi, H. (2020). Emerging BRAF Mutations in Cancer Progression and Their Possible Effects on Transcriptional Networks. Genes, 11(11), 1–14. https://doi.org/10.3390/GENES11111342
Tanaka, N., Takahara, A., Hagio, T., Nishiko, R., Kanayama, J., Gotoh, O., & Mori, S. (2020). Sequencing artifacts derived from a library preparation method using enzymatic fragmentation. PLoS ONE, 15(1). https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0227427
TaqMan - an overview | ScienceDirect Topics. (n.d.). Retrieved January 17, 2024, from https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecula…
Tong, Y., Shen, S., Jiang, H., & Chen, Z. (2017). Application of Digital PCR in Detecting Human Diseases Associated Gene Mutation. Cellular Physiology and Biochemistry, 43(4), 1718–1730. https://doi.org/10.1159/000484035
Uprety, D., & Adjei, A. A. (2020). KRAS: From undruggable to a druggable Cancer Target. Cancer Treatment Reviews, 89, 102070. https://doi.org/10.1016/J.CTRV.2020.102070
Uras, I. Z., Moll, H. P., & Casanova, E. (2020). Targeting KRAS Mutant Non-Small-Cell Lung Cancer: Past, Present and Future. International Journal of Molecular Sciences 2020, Vol. 21, Page 4325, 21(12), 4325. https://doi.org/10.3390/IJMS21124325
Wang, R., Zhao, Y., Wang, Y., Zhao, Z., Chen, Q., Duan, Y., Xiong, S., Luan, Z., Wang, J., & Cheng, B. (2022). Diagnostic and Prognostic Values of KRAS Mutations on EUS-FNA Specimens and Circulating Tumor DNA in Patients With Pancreatic Cancer. Clinical and Translational Gastroenterology, 13(5), e00487. https://doi.org/10.14309/CTG.0000000000000487
Wee, P., & Wang, Z. (2017). Epidermal Growth Factor Receptor Cell Proliferation Signaling Pathways. Cancers, 9(5). https://doi.org/10.3390/CANCERS9050052
Wittmeier, P., & Hummel, S. (2022). Agarose gel electrophoresis to assess PCR product yield: comparison with spectrophotometry, fluorometry and qPCR. BioTechniques, 72(4), 155–158. https://doi.org/10.2144/BTN-2021-0094/ASSET/IMAGES/LARGE/FIGURE3.JPEG
Yang, Z., & Tam, K. Y. (2018). Combination Strategies Using EGFR-TKi in NSCLC Therapy: Learning from the Gap between Pre-Clinical Results and Clinical Outcomes. International Journal of Biological Sciences, 14(2), 204. https://doi.org/10.7150/IJBS.22955
Yoon, H. H., Tougeron, D., Shi, Q., Alberts, S. R., Mahoney, M. R., Nelson, G. D., Nair, S. G., Thibodeau, S. N., Goldberg, R. M., Sargent, D. J., & Sinicrope, F. A. (2014). KRAS codon 12 and 13 mutations in relation to disease-free survival in BRAF-wild type stage III colon cancers from an adjuvant chemotherapy trial (N0147 Alliance). Clinical Cancer Research : An Official Journal of the American Association for Cancer Research, 20(11), 3033. https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-13-3140
Yost, S. E., Smith, E. N., Schwab, R. B., Bao, L., Jung, H., Wang, X., Voest, E., Pierce, J. P., Messer, K., Parker, B. A., Harismendy, O., & Frazer, K. A. (2012). Identification of high-confidence somatic mutations in whole genome sequence of formalin-fixed breast cancer specimens. Nucleic Acids Research, 40(14), e107. https://doi.org/10.1093/NAR/GKS299
Zhu, G., Pei, L., Xia, H., Tang, Q., & Bi, F. (2021). Role of oncogenic KRAS in the prognosis, diagnosis and treatment of colorectal cancer. Molecular Cancer, 20(1), 143. https://doi.org/10.1186/S12943-021-01441-4
