Východiska: Prognóza pacientů s karcinomem kolorekta (colorectal cancer – CRC) závisí především na rozsahu onemocnění v době diagnózy, proto je brzký záchyt jedním z hlavních předpokladů úspěšné léčby. Současný výzkum ukazuje, že exozomální dlouhé nekódující RNA (lncRNA) jsou spojeny s rozvojem nádorových onemocnění. Jelikož jsou lncRNA často tkáňově specifické, jejich kvantifikace v exozomech se nabízí jako neinvazivní metoda pro včasnou detekci CRC. V naší práci jsme se zaměřili na optimalizaci protokolu pro analýzu exozomálních lncRNA z krevního séra pacientů s CRC jako potenciálních diagnostických biomarkerů. Materiál a metody: Exozomy byly izolovány pomocí gelové chromatografie ze 150 μl séra pacientů s CRC a zdravých dárců. Jejich kvalita a kvantita byla potvrzena elektronovou mikroskopií a analýzou dynamického rozptylu světla (dynamic light scattering – DLS) a proteinové markery byly detekovány metodou Western blot. Po izolaci RNA byly ze vzorků připraveny cDNA knihovny, které byly sekvenovány pomocí NextSeq 550. Výsledky: Úspěšně jsme izolovali exozomy a ověřili jsme jejich vlastnosti několika různými metodami. Knihovny byly připraveny ze všech vzorků i přes velmi nízký objem výchozího materiálu. Sekvenační data potvrzují přítomnost protein kódující (50 %) i nekódující RNA, kterou tvoří především lncRNA (28,2 %), pseudogeny (15,2 %) a další typy RNA (6,5 %). Výsledky dále ukázaly významně změněné hladiny některých lncRNA, na základě jejichž exprese bylo možné odlišit vzorky od pacientů s CRC od vzorků zdravých kontrol. Pomocí analýzy obohacení genové sady (gene set enrichment analysis – GSEA) jsme pozorovali významně obohacené třídy genů, které souvisejí s opravami DNA nebo regulací buněčného cyklu. Závěr: Naše pilotní data naznačují, že lncRNA představují významnou část RNA přítomné v exozomech a jejich rozdílné hladiny mají schopnost odlišit CRC pacienty od zdravých kontrol. Analýza obohacených genů zároveň prokázala významné zastoupení lncRNA podílejících se na regulaci buněčného cyklu a oprav DNA, což naznačuje jejich možné zapojení do procesů kancerogeneze. Výsledky je však třeba ověřit na větším souboru pacientů.

Background: The prognosis of patients with colorectal cancer (CRC) depends mainly on the extent of the disease at the time of diagnosis; therefore, early detection is one of the main prerequisites for successful treatment. Current research shows that exosomal long non-coding RNAs (lncRNAs) are associated with cancer development. As lncRNAs are often tissue specific, their quantification in exosomes is proposed as a non-invasive method for early detection of CRC. In this study, we aimed to optimize a protocol for analyzing exosomal lncRNAs from blood serum of CRC patients as potential diagnostic biomarkers. Material and methods: Exosomes were isolated by gel chromatography from 150 μl of serum of CRC patients and healthy donors. Their quality and quantity were confirmed by electron microscopy and dynamic light scattering (DLS) analysis; protein markers were detected by Western blot. After RNA isolation, cDNA libraries were prepared and sequenced using NextSeq 550. Results: We successfully isolated exosomes and verified them by several methods. Libraries were prepared from all samples despite very low volume of starting material. The sequencing data confirmed the presence of both protein-coding (50%) and non-coding RNAs, which consisted mainly of lncRNAs (28.2%), pseudogenes (15.2%) and other RNA types (6.5%). The results also showed significantly altered levels of some lncRNAs that could distinguish samples from CRC patients and healthy controls. Using gene set enrichment analysis (GSEA), we observed significantly enriched classes of genes related to DNA repair or cell cycle regulation. Conclusion: Our preliminary data suggest that lncRNAs represent a significant fraction of the RNA present in exosomes and that their distinct levels can separate CRC patients from healthy controls. The analysis of enriched genes also showed a significant representation of lncRNAs involved in cell cycle regulation and DNA repair, suggesting their possible involvement in cancerogenesis. However, the results need to be verified in a larger cohort of patients.

CEITEC Středoevropský technologický institut MU Brno

Gastroenterologické oddělení MOÚ Brno

LF MU Brno

Výzkumný ústav veterinárního lékařství v v i Brno

Sequencing of long non-coding RNAs in exosomes of colorectal cancer patients