Identification and quantitative assessment of biomarkers in sera of patients with pancreatic cancer, chronic pancreatitis and autoimmune pancreatitis

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ID Serval
serval:BIB_0A41732E29E5
Type
Thèse: thèse de doctorat.
Collection
Publications
Titre
Identification and quantitative assessment of biomarkers in sera of patients with pancreatic cancer, chronic pancreatitis and autoimmune pancreatitis
Auteur(s)
GHASSEM-ZADEH Saliar
Directeur(s)
Acha-Orbea Hans
Codirecteur(s)
Klaus Félix
Institution
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Statut éditorial
Acceptée
Date de publication
2018
Langue
anglais
Résumé
Lorsqu'un patient se présente chez son médecin traitant pour des douleurs abdominales faisant penser à une maladie du pancréas, il est crucial de distinguer les pathologies pancréatiques bénignes des malignes. Non seulement, il est actuellement difficile de diagnostiquer le cancer du pancréas de manière précoce, mais ce dernier est souvent confondu avec des maladies inflammatoires bénignes du pancréas. Environ 5 à 10% des patients qui se font opérer pour suspicion de cancer de pancréas ont en fait une maladie inflammatoire bénigne du pancréas, principalement une pancréatite chronique ou une pancréatite auto-immune.
A l'aide de différentes techniques de recherche, j'ai investigué les relations entre les facteurs présent dans le sang et le tissu pancréatique de plusieurs groupes de patient souffrant de maladie du pancréas. Ainsi, j'ai identifié quatre marqueurs biologiques qui ensemble permettrait de distinguer ces différentes pathologies sous forme d'une approche simple et non- invasive. Ceci permettrait ainsi d'éviter des opérations risquées et inutiles chez certains patients.
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L'identification de biomarqueurs diagnostiques est cruciale pour améliorer le diagnostic précoce du cancer du pancréas (PDAC) et augmenter le taux de tumeurs curatives résécables. Non seulement il est difficile de diagnostiquer le PDAC de manière précoce, mais ce dernier est souvent confondu avec des maladies inflammatoires bénignes du pancréas. Environ 5 à 10% des patients qui se font opérer pour suspicion de PDAC ont en fait une maladie inflammatoire bénigne du pancréas, principalement une pancréatite chronique (CP) ou un des deux sous-types de pancréatite auto-immune (AIP-1 ou AIP- 2) à l'examen pathologique final.
Dans un premier projet, les niveaux de cytokines sériques et tissulaires ont été analysés rétrospectivement en utilisant une technique d'analyse multiple de 17 médiateurs inflammatoires. Au total, le sérum de 73 patients, composé de 29 AIP (14 AIP-1 et 15 AIP-2), 17 CP et 27 PDAC, et le tissu pancréatique de 36 patients, dont 12 AIP (six AIP-1 et six AIP- 2), 12 CP et 12 PDAC, ont été analysés. Leur distribution "in situ" a été évaluée par immunohistochimie et le degré d'inflammation a été évalué par histologie. En comparant le sérum des patients AIP et PDAC, des concentrations significativement plus élevées ont été trouvées dans l'AIR pour les interleukines IL-1(3, IL-7, IL-13 et le facteur stimulant les colonies de granulocytes (G-CSF). G-CSF a également permis de différentier la AIP de la CP. De plus, une fois l'AIR divisé en sous-types, des taux sériques significativement plus élevés d'IL-7 et de G-CSF ont été mesurés dans les deux sous-types d'AlP et dans l'AIP-2 pour l'IL-1 (3 comparé au PDAC. G-CSF et TNF-a ont également été significativement différent dans les homogénats tissulaires entre AIP-2 et PDAC.
Dans un deuxième projet, différentes approches immunologiques (immunisation avec de l'adjuvant de Freund ou transfert adoptif) ont été utilisées pour développer un nouveau modèle murin pour la AIP utilisant la souche MRL / MpJ afin d'étudier les mécanismes physiopathologiques de la maladie. Aucune des deux approches n'a permis de trouver des résultats constants et fiables.
Dans un troisième projet, les relations d'auto-antigènes / auto-anticorps pour des maladies pancréatiques ont été évaluées en utilisant des micropuces à protéines faites maison, composés d'environ ~ 6400 protéines recombinantes humaines. Pour ceci, on a analysé les fractions enrichies en immunoglobuline G du sérum provenant de trois cohortes de patients (au total 300 patients) incluant cinq groupes de pathologie (PDAC, CP, AIP-1, AIP-2 et autres maladies gastro-intestinales) ainsi que des contrôles sains d'une cohorte provenant d'Heidelberg (Allemagne) et de Kobe (Japon). Nous avons d'abord analysé des groupements de patients puis chaque patient de manière individuelle afin de rétrécir au plus le nombre de candidats potentiels. Ceci a permis de trouver neuf nouveaux antigènes qui discriminent PDAC des maladies inflammatoires bénignes du pancréas (CP et AIP). Parmi ceux-ci, Torsin-1B (TOR1B), Ring finger protein 138 (RNF138), Histone deacetylase 3 (HDAC3), BCL-2 related ovarian killer (BOK) and Leukocyte receptor cluster member 1 (LENG1) ont réagi préférentiellement et significativement avec les sérum de patient atteint d'AIP. De plus, sur ces neuf antigènes trois candidats, la protein phosphatase 1 (PPP1R15A), le cytochrome P450 (CYP3A5) et la G protein-coupled receptor 3 (GPR3) ont été capables de différencier les deux sous-types d'AlP en faveur de l'AIP-1.
G-CSF, TOR1B, RNF138 et HDAC3 peuvent être facilement imprimés sur de petites micropuces à protéines personnalisées afin d'être mesuré dans le sang de patient en routine. Cette approche simple et non-invasive permettrait le diagnostic différentiel des patients souffrant de douleurs abdominales évitant des opérations risquées et inutiles chez certains patients.
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Identification of diagnostic biomarkers is crucial to improve early diagnosis of pancreatic cancer (PDAC) and increase the rate of curatively resecable tumors. Not only it is difficult to diagnose PDAC in early stages, but also PDAC is often misdiagnosed with benign inflammatory diseases of the pancréas. Around 5-10% of patients that undergo surgery for suspected PDAC have in fact benign inflammatory disease of the pancréas mainly chronic pancreatitis (CP) or one subtype of autoimmune pancreatitis (AIP-1 or AIP-2) on final pathologie examination.
In a first project, levels of sérum and tissue cytokines were retrospectively analyzed using a multiplex analysis of 17 inflammatory mediators. In total, sérum from 73 patients, composed of 29 AIP (14 AIP-1 and 15 AIP-2), 17 CP, and 27 PDAC, and pancreatic tissue from 36 patients, including 12 AIP (six AIP-1 and six AIP-2), 12 CP, and 12 PDAC, were analyzed. Their distribution "in situ" was assessed by immunohistochemistry and the degree of inflammation was evaluated by histology. Comparing AIP and PDAC patients' sérum, significantly higher concentrations were found in AIP for interleukins IL-1|3, IL-7, IL-13, and granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF). G-CSF also allowed discrimination of AIP from CP. Furthermore, once AIP was divided into subtypes, significantly higher sérum levels for IL-7 and G-CSF were measured in both subtypes of AIP and in AIP- 2 for IL-1 (B when compared to PDAC. G-CSF and TNF-a were also significantly differentially expressed in tissue homogenates between AIP-2 and PDAC.
In a second project, différent immunological approaches (immunization with Freund's adjuvant or adoptive transfer) have been used to develop a new mouse model for AIP using the MRL / MpJ strain in order to study pathophysiological mechanisms of the disease. Neither of the approaches allowed finding constant and reliable results.
In a third project, specific autoantigens / autoantibodies signatures for pancreatic diseases were assessed using in house-made protein microarrays consisting in total of -6400 full-length human recombinant proteins. IgG fractions from three différent sample sets of total 300 patients were analyzed including 5 différent groups of patients (PDAC, CP, AIP-1, AIP-2 and other gastrointestinal-diseases) and healthy patients from a Heidelberg (Germany) and a Kobe (Japan) cohort. Narrowing the selection of the candidates by a step-by-step approach using first pooled sera and then individual sera allowed to find nine new antigens that discriminate PDAC from benign inflammatory diseases of the pancréas (CP and AIP). Among them Torsin-1B (TOR1B), Ring finger protein 138 (RNF138), Histone deacetylase 3 (HDAC3), BCL-2 related ovarian killer (BOK) and Leukocyte receptor cluster member 1 (LENG1) reacted preferentially and significantly with sera from AIP patients, both subtypes (AIP-1 and AIP-2) and from both the Kobe and the Heidelberg cohorts. Furthermore, out of these 9 antigens three candidates; Protein phosphatase 1 (PPP1R15A), cytochrome P450 (CYP3A5) and G protein- coupled receptor 3 (GPR3) were able to discriminate between both subtypes of AIP in favorof AIP-1.
G-CSF, TOR1B, RNF138 and HDAC3 can be easily spotted on small custom protein microarrays to be routinely measured in patient's sérum. This would provide with a simple and non-invasive approach for differential diagnosis of patients with mid abdominal pain orientating patients with cancer to obtain the right therapy quickly and, on the other hand, avoiding risky and unnecessary surgery in some of CP and AIP patients
Création de la notice
24/01/2019 12:08
Dernière modification de la notice
20/08/2019 13:32
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