Identification of new epigenetic biokmarkers in urothelial bladder cancer

Abstract

Introduction: Urothelial bladder cancer is a highly molecularly diverse disease presenting different behaviors and therapeutic responses. Because of its heterogeneity, there is an unmet need to identify diagnostic and prognostic biomarkers that could help individualize patient approach. As an epigenetic event, DNA methylation is an early event in oncogenesis and highly prevalent across a tumor type, suggesting its great potential to develop cancer biomarkers. Therefore, in this study we aim to investigate the role of nine epigenetic alterations as diagnostic and prognostic biomarkers in bladder cancer.Methods: DNA methylation, gene expression and corresponding clinicopathological information for the TCGA Bladder Cancer cohort were retrieved from the TCGA data portal. Methylation values and gene expression were assessed to determine their association with normal urothelium and malignant bladder tissue. Additionally, we studied the association between methylation values and epidemiological and clinicopathological variables to interrogate its potential to differentiate clinical features. For the prognostic model, Kaplan-Meier Survival curves were generated. Lastly, univariate and multivariate analysis were performed to evaluate the simultaneous impact of methylation and clinicopathological variables on the risk of tumor progression and overall survival.Results: The methylation β-values of the nine CpG sites involved in our study demonstrated notably different methylation signatures when comparing normal urothelium to bladder cancer. Hypermethylated CpGs, namely cg15165122, cg12374721, cg10224098, cg18081940 and cg04475027, were overrepresented in tumor tissue (p<0.0001). By contrast, cg12743248, cg27170427, cg17192862 and cg10216717 showed lower methylation values in tumor samples (p<0.0001). Surprisingly, higher methylation levels were not routinely associated to lower gene expression values. Cg10216717 was hypermethylated in smokers and in locally advanced disease, while cg15165122 hypermethylation was an evident feature in localized disease (p<0.0001). Besides, we verified that cg12374721high, cg12743248high and cg17192862low are risk factors for progression free survival. Interestingly, cg12374721high (HR:3.003 (1.283-7.030) also demonstrated to be the most valuable independent risk factor for disease progression and a risk factor for overall survival.Discussion/Conclusion: We have identified 9 differentially methylated CpG changes that characterize urothelial bladder cancer. Novel DNA methylation markers were identified, of which cg12374721 (C17orf93) shows promise as a diagnostic and independent prognostic marker in bladder cancer progression as it might be in other cancer types.

Introdução: O cancro urotelial da bexiga é uma doença com grande diversidade molecular, apresentando diferentes comportamentos e respostas terapêuticas. Dada a sua heterogeneidade, existe a necessidade ainda não satisfeita de identificar biomarcadores diagnósticos e prognósticos que possam ajudar a individualizar a abordagem do doente. Como um evento epigenético, a metilação do DNA é um marco precoce na oncogénese e altamente prevalente num tipo de tumor, sugerindo o seu grande potencial para desenvolver biomarcadores tumorais. Assim, neste estudo, pretendemos investigar o papel de nove alterações epigenéticas como biomarcadores de diagnóstico e prognóstico no cancro da bexiga.Métodos: Os dados acerca da metilação do DNA, expressão génica e correspondente informação clinico-patológica para a coorte TCGA do cancro de bexiga foram extraídos do portal de dados TCGA. Os valores de metilação e de expressão génica foram avaliados para determinar a sua associação com o urotélio normal e tecido vesical maligno. Adicionalmente, estudámos a associação entre os valores de metilação e as variáveis epidemiológicas e clinico-patológicas, de forma a interrogar o seu potencial para diferenciar características clínicas. Para o modelo prognóstico, foram geradas curvas de sobrevivência de Kaplan Meier. Por último, a análise univariada e multivariada foi realizada, com o intuito de avaliar o impacto simultâneo da metilação e das variáveis clinico-patológicas no risco de progressão do tumor e de sobrevida global.Resultados: Os valores de metilação-β dos nove locais CpG envolvidos no nosso estudo demonstraram assinaturas de metilação significativamente diferentes, quando comparando o urotélio normal com o cancro da bexiga. Os locais CpG hipermetilados, nomeadamente cg15165122, cg12374721, cg10224098, cg18081940 e cg04475027 apresentaram-se sobrerrepresentados no tecido tumoral (p <0.0001). Por outro lado, cg12743248, cg27170427, cg17192862 e cg10216717, mostraram valores de metilação mais baixos nas amostras tumorais (p <0.0001). Surpreendentemente, níveis mais elevados de metilação não foram rotineiramente associados a valores de expressão génica mais baixos. Cg10216717 apresentou-se hipermetilado em fumadores e na doença localmente avançada, enquanto que a hipermetilação do local cg15165122 foi uma característica evidente na doença localizada (p <0.0001). Para além disso, verificámos que os subgrupos cg12374721high, cg12743248high e cg17192862low são fatores de risco para sobrevida livre de progressão. Curiosamente, o subgrupo cg12374721high (HR: 3.003 (1.283-7.030) também demonstrou ser o fator de risco independente mais relevante para a progressão da doença, assim como um fator de risco para a sobrevida global.Discussão / Conclusão: Identificámos 9 alterações CpG diferencialmente metiladas que caracterizam o cancro urotelial da bexiga. Foram identificados novos marcadores de metilação de DNA, dentre os quais o cg12374721 (C17orf93) se mostra promissor enquanto um marcador diagnóstico e prognóstico independente na progressão do cancro da bexiga, tal como poderá suceder em outros tipos de tumor.