Identificazione del pattern di espressione dei microRNA nei pazienti con cancro del colon-retto e sua modulazione favorevole dopo l'arricchimento del microbiota intestinale con i probiotici

Il cancro del colon-retto (CRC) rappresenta il terzo tumore più frequentemente diagnosticato e la seconda causa di morte per tumore in tutto il mondo. Nonostante i progressi diagnostici e terapeutici, i tassi di mortalità del CRC rimangono elevati, soprattutto nei paesi industrializzati. Numerosi studi hanno dimostrato come diversi fattori possono essere coinvolti nello sviluppo e nella progressione del CRC. Tra questi, le modificazioni epigenetiche e il microbiota intestinale sembrano svolgere un ruolo fondamentale nella patogenesi del CRC, tuttavia, i meccanismi alla base dell’interazione tra i fattori epigenetici, come i microRNA (miRNA) e il microbiota intestinale nei confronti del CRC non sono stati ancora completamente chiariti. Nell'ultimo decennio, diversi studi preclinici e clinici condotti utilizzando nuove tecnologie ad alto rendimento (ad esempio, metagenomica, metatrascrittomica, metabolomica), hanno permesso l'identificazione di un crosstalk tra microbiota intestinale e cancro, specialmente nei pazienti con CRC, dimostrando come specifici batteri possono aumentare il rischio di sviluppo di tumori. In questo contesto, è stato anche dimostrato che il microbiota eubiotico esercita meccanismi protettivi contro gli effetti dannosi degli agenti cancerogeni e riduce gli effetti collaterali delle terapie farmacologiche (ad es. Diarrea, mucosite, ecc.) nei pazienti oncologici. Per quanto riguarda i miRNA, diversi studi hanno cercato di identificare miRNA specificamente associati alla presenza di CRC o alla prognosi di questo tumore, tuttavia sono stati generati dati molto confusi ed attualmente non sono riconosciuti biomarcatori affidabili ed efficaci nella diagnosi del CRC. Pertanto, sebbene sia attualmente dedicato un grande interesse sia ai miRNA che al microbiota intestinale come potenziali indicatori e predittori dello sviluppo di CRC, mancano biomarcatori efficaci per la diagnosi precoce di questo tumore che suggeriscono la necessità di indagare ulteriormente sul ruolo dei miRNA e del microbiota intestinale nel CRC. Su queste basi, lo scopo del presente studio è stato quelli di stabilire ulteriormente il potenziale ruolo diagnostico e prognostico dei miRNA nel CRC, nonché l'impatto del microbiota intestinale e la modulazione indotta da quest’ultimo sui livelli di espressione dei miRNA noti per essere coinvolti nello sviluppo e nella progressione di questo tumore. A tale scopo, sono state eseguite diverse analisi computazionali analizzando il profilo di espressione di miRNA dei pazienti con CRC utilizzando i dati contenuti nei database Gene Expression Omnibus DataSets (GEO DataSets) e The Cancer Genome Atlas (TCGA). A differenza di altri studi bioinformatici, in questo studio è stata eseguita un'analisi computazionale considerando tutti i set di dati microarray di espressione di miRNA rilevanti su pazienti con CRC e i dati di miRNA-seq contenuti in GEOdataset e TCGA. Attraverso queste analisi è stato possibile identificare un elenco di miRNA associati allo sviluppo di CRC. Ulteriori analisi bioinformatiche eseguite ci hanno inoltre permesso di stabilire il ruolo funzionale dei miRNA selezionati nel CRC. Tra i miRNA identificati, quattro diversi miRNA, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-503-5p, hsa-miR-497-5p e hsa-miR-375, sono stati selezionati per le successive analisi di validazione su campioni FFPE e su campioni di biopsia liquida e come miRNA potenzialmente modulati dalla modificazione del microbiota intestinale ottenuta attraverso l'arricchimento probiotico. Successivamente, tramite la metodica di amplificazione ad alta sensibilità Droplet Digital PCR (ddPCR) è stato possibile valutare la disregolazione dei livelli di espressione dei quattro miRNA selezionati sia in campioni di biopsia liquida che in campioni di tessuto paraffinato (FFPE) di tumore e mucosa normale adiacente ottenuti da pazienti con CRC. Le analisi ddPCR eseguite su campioni FFPE di CRC e mucosa normale hanno confermato i dati computazionali preliminari nei quali si è evidenziato un forte incremento dei due miRNA up-regolati, hsa-miR-21-5p e hsa-miR-503-5p, e un significativo decremento dei due miRNA down-regolati hsa-miR-497-5p e hsa-miR-375 . Per quanto riguarda l'analisi dei campioni di biopsia liquida, solo due miRNA sono risultati essere significativamente disregolati nei pazienti con CRC rispetto ai controlli sani. Infatti, secondo i risultati computazionali precedentemente ottenuti, i livelli circolanti di hsa-miR-21-5p risultavano essere up-regolati mentre quelli di hsa-miR-497-5p down-regolati nei pazienti con CRC rispetto ai controlli sani. Il possibile ruolo diagnostico dei miRNA selezionati è stato ulteriormente confermato tramite analisi ROC (Receiver Operating Characteristic). Per quanto riguarda la valutazione degli effetti modulanti indotti dai probiotici e dall'arricchimento del microbiota nei confronti dei livelli di espressione dei miRNA, è stata analizzata un'altra piattaforma GEO DataSets contenente i livelli di espressione dei miRNA prima e dopo somministrazione di probiotici. Unendo l'elenco dei miRNA coinvolti nel CRC con quelli modulati dai probiotici, abbiamo confermato il coinvolgimento dei miRNA precedentemente analizzati nel CRC. Infine, per convalidare il potenziale effetto modulante dato dai probiotici, i livelli di espressione di tre miRNA selezionati sono stati studiati su campioni di biopsia liquida di pazienti con CRC prima e dopo tre mesi di somministrazione di probiotici Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) selezionati all'interno dei partecipanti di un traial clinico “Maintenance of normal gastro-intestinal function with dietary supplement containing Lactobacillus rhamnosus GG in cancer patients treated with cytotoxic chemotherapy and/or targeted therapy”. Queste ulteriori analisi hanno confermato gli effetti modulatori di LGG sui livelli di espressione dei miRNA coinvolti nello sviluppo e nella progressione del CRC. Nel complesso, questo studio rappresenta il punto di partenza per l'adozione di miRNA e probiotici per la gestione del CRC. In particolare, dopo la convalida dei miRNA in una coorte più ampia di pazienti con CRC, i miRNA hsa-miR-21-5p, hsa-miR-503-5p, hsa-miR-497-5p e hsa-miR-375 possono essere proposti come possibili nuovi biomarcatori ad alta sensibilità per la diagnosi di CRC. Inoltre, i dati qui ottenuti confermano gli effetti benefici diretti e indiretti della somministrazione di probiotici nei pazienti con CRC riducendo la tossicità gastrointestinale della chemioterapia e inducendo modulazioni positive dei miRNA coinvolti nella progressione del CRC. Infine, i dati ottenuti incoraggiano fortemente l'uso della ddPCR come metodo analitico efficace ed altamente sensibile per valutare i livelli di espressione dei miRNA sia nei tessuti che nei campioni di biopsia liquida. Questa strategia ad alta sensibilità potrebbe essere applicata per lo sviluppo di nuovi programmi di screening efficaci e per la costruzione di nuove piattaforme diagnostiche utili per la diagnosi precoce e non invasiva di CRC in individui a rischio per questo tumore.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2022

Author dc:creator

• GATTUSO, GIUSEPPE

Contributors dc:contributor

• LIBRA, Massimo

• microRNA, Colorectal Cancer, Probiotics, Microbiota, Epigenetics
• microRNA, Carcinoma colorettale, Probiotici, Microbiota, Epigenetica

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/581610

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/581610