Profiling metabolico e proteomico delle vescicole extracellulari isolate da liquido cerebrospinale da drenaggio extraventricolare nel glioma di basso grado infantile

Abstract

L’astrocitoma pilocitico (PA) è una delle neoplasie pediatriche più comuni del sistema nervoso centrale. Nonostante la sua eziologia sia tuttora incerta, catalogandosi come tumore di basso grado e avendo una crescita circoscritta, l’approccio più utilizzato è la resezione chirurgica senza, però, escludere eventuali recidive. A tal proposito si è resa necessaria l’individuazione di biomarcatori molecolari di malattia residua e recidiva. I dati sono stati raccolti isolando EV da liquido cerebrospinale da drenaggio extraventricolare (EVD) di pazienti affetti da PA, da tumore cerebrale di alto grado e campioni di controllo ed eseguendo analisi proteomiche e metaboliche. Il profilo molecolare di tali frazioni ha permesso di indentificare due proteine, AQP4 e CPXM2, sottoespresse e sovraespresse rispettivamente che hanno portato ad una miglior discriminazione tra i gruppi considerati. È stata effettuata un’analisi di arricchimento delle proteine chinasi, che ha previsto cinque chinasi arricchite. Tra queste, le chinasi Ste20- like kinase (SLK), oxidant stress-responsive protein kinase 1 (OSR1), e ciclina-dipendente 2 (CDK2) sono risultate sovraespresse nei campioni di PA.È stata dimostrata, mediante analisi proteomica e metabolica, la presenza funzionale di proteine appartenenti alla catena respiratoria degli elettroni nelle vescicole extracellulari, confermando la loro capacità di rispecchiare le caratteristiche della cellula di origine. Sono stati esaminati il consumo di ossigeno, la sintesi di ATP e la quantità di malondialdeide (MDA) al fine di valutare il livello di stress ossidativo dei campioni considerati. I valori così ottenuti sono stati rielaborati mediante analisi statistiche parametriche e non parametriche per poter individuare una correlazione tra i gruppi patologici e i gruppi di controllo. L’approccio non invasivo si è rivelato un’ottima strada per il monitoraggio dinamico della progressione tumorale e per la caratterizzazione molecolare della patologia.

Pilocytic astrocytoma (PA) is one of the most common pediatric neoplasms of the central nervous system. Although its etiology is still uncertain, categorizing itself as a low-grade tumor and having a circumscribed growth, the most widely used approach is surgical resection without, however, excluding possible recurrence. In this regard, the identification of molecular biomarkers of residual and recurrent disease was necessary. Data was collected by isolating EV from cerebrospinal fluid from extraventricular drainage (EVD) of PA patients, high grade brain tumor and control samples and performing proteomic and metabolic analyses. Molecular profiling of these fractions allowed the identification of two proteins, AQP4 and CPXM2, which were under- and overexpressed, respectively, leading to better discrimination between the groups considered. The protein kinase enrichment analysis predicted five enriched kinases involved in signalling. Among them, Ste20-like kinase (SLK), oxidant stress-responsive protein kinase 1 (OSR1), cyclin-dependent protein kinase 2 (CDK2) were overexpressed in PA samples. The functional presence of proteins of the electron respiratory chain in extracellular vesicles was demonstrated by both a proteomic and metabolic analysis, confirming their ability to reflect the characteristics of the cell of origin. Oxygen consumption, ATP synthesis and the amount of malondialdehyde (MDA) were assayed to assess the level of oxidative stress in the samples considered. The values thus obtained were reprocessed by parametric and nonparametric statistical analyses to be able to identify a correlation between the pathological and control groups. The noninvasive approach has proven to be an excellent avenue for dynamic monitoring of tumor progression and molecular characterization of the pathology.