Central nervous system (CNS) malignancies include primary tumors that originate within the CNS as well as secondary tumors that develop as a result of metastatic spread. Circulating microRNAs (miRNAs) were found in almost all human body fluids including cerebrospinal fluid (CSF), and they seem to be highly stable and resistant to even extreme conditions. The overall aim of our study was to identify specific CSF miRNA patterns that could differentiate among brain tumors. These new biomarkers could potentially aid borderline or uncertain imaging results onto diagnosis of CNS malignancies, avoiding most invasive procedures such as stereotactic biopsy or biopsy. In total, 175 brain tumor patients (glioblastomas, low-grade gliomas, meningiomas and brain metastases), and 40 non-tumor patients with hydrocephalus as controls were included in this prospective monocentric study. Firstly, we performed high-throughput miRNA profiling (Illumina small RNA sequencing) on a discovery cohort of 70 patients and 19 controls and identified specific miRNA signatures of all brain tumor types tested. Secondly, validation of 9 candidate miRNAs was carried out on an independent cohort of 105 brain tumor patients and 21 controls using qRT-PCR. Based on the successful results of validation and various combination patterns of only 5 miRNA levels (miR-30e, miR-140, let-7b, mR-10a and miR-21-3p) we proposed CSF-diagnostic scores for each tumor type which enabled to distinguish them from healthy donors and other tumor types tested. In addition to this primary diagnostic tool, we described the prognostic potential of the combination of miR-10b and miR-196b levels in CSF of glioblastoma patients. In conclusion, we performed the largest study so far focused on CSF miRNA profiling in patients with brain tumors, and we believe that this new class of biomarkers have a strong potential as a diagnostic and prognostic tool in these patients.
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
Východiska: Ačkoli nádory centrální nervové soustavy (CNS) nepatří mezi nejčastější nádorová onemocnění, jejich incidence v posledních letech stále roste. Naneštěstí se tato skupina vyznačuje velmi špatnou prognózou. Výběr správné terapie záleží na včasné a přesné diagnóze. Diagnostické postupy v případě nádorů mozku jsou však často limitovány jejich lokalizací a značnou heterogenitou nádoru. Proto je věnováno velké úsilí hledání nových diagnostických přístupů a biomarkerů, které by byly dostatečně robustní, senzitivní a specifické, a jejichž analýza by ve vztahu k pacientovi eliminovala nutnost biopsie. Mozkomíšní mok (cerebrospinal fluid - CSF) přichází do přímého kontaktu s CNS a představuje proto vhodný biologický materiál, který by mohl prostřednictvím biomarkerů reflektovat její aktuální stav. Vhodnými molekulami se v tomto případě zdají být mikroRNA (miRNA), krátké nekódující RNA, které byly již několikrát detekovány v CSF a jejichž deregulované hladiny jsou asociované s různými typy nádorů CNS. Cíl: Bohužel metodické přístupy používané pro analýzy miRNA v CSF nebyly prozatím dostatečně standardizovány. Z těchto důvodů se v předkládaném přehledovém článku snažíme shrnout a zhodnotit doposud používané metodické přístupy k analýze miRNA z CSF s cílem nalézt ty nejvhodnější. Dále zde sumarizujeme výsledky studií popisující miRNA, které by mohly v budoucnu představovat biomarkery různých nádorových onemocnění CNS.
Backround: Although central nervous system (CNS) tumors are not the most common cancers, their incidence rate is constantly growing. Unfortunately, this group of cancers is characterized by a very poor prognosis with a very short average patient survival. Appropriate therapy depends on early and accurate diagnosis. However, this is often limited by brain tumor localization and heterogeneity. Therefore, new diagnostic approaches and biomarkers that are robust, sensitive, specific, and also without need of invasive biopsy, are still being sought. Cerebrospinal fluid (CSF) comes into direct contact with the CNS and becomes a suitable source of biological material that could reflect actual state of CNS. Suitable molecules in this regard appear to be microRNAs (miRNAs), short non-coding RNAs, that have been already detected in CSF and whose dysregulated levels are associated with various types of brain tumors. Purpose: Unfortunately, the methodical approaches used for CSF miRNA analysis have not been sufficiently standardized yet. For this reason, we summarize and evaluate methodical approaches which were previously used for miRNA analysis from CSF in order to find the most appropriate ones. Subsequently, we review studies focused on miRNA with potential to become biomarkers of CNS tumors in the future.
- MeSH
- lidé MeSH
- mikro RNA MeSH
- mozkomíšní mok MeSH
- nádorové biomarkery MeSH
- nádory mozku * diagnóza MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- přehledy MeSH
Associated with the pathogenesis of many cancers, including brain tumors, microRNAs (miRNAs) present promising diagnostic biomarkers. These molecules have been also studied in cerebrospinal fluid (CSF), showing great potential as a diagnostic tool in patients with brain tumors. Even though there are some biological and technological factors that could affect the results and their biological and clinical interpretation, miRNA analysis in CSF is not fully standardized. This study aims to compare several RNA extraction and miRNA quantification approaches, including high-throughput technologies and individual miRNA detection methods, thereby contributing to the optimization and standardization of quantification of extracellular miRNAs in CSF. Such knowledge is essential for the potential use of miRNAs as diagnostic biomarkers in brain tumors.
- MeSH
- chemická frakcionace metody MeSH
- glioblastom genetika MeSH
- kvantitativní polymerázová řetězová reakce MeSH
- lidé MeSH
- mikro RNA genetika izolace a purifikace MeSH
- referenční standardy MeSH
- studie případů a kontrol MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
- srovnávací studie MeSH
Východiska: Deregulované hladiny mikroRNA (miRNA), krátkých nekódujících RNA pojících se s patogenezí mnoha onemocnění, byly pozorovány i v mozkomíšním moku (cerebrospinal fluid – CSF). Analýza miRNA v CSF u pacientů postižených nádory centrální nervové soustavy (CNS) by mohla pomoci vyvinout novou diagnostickou platformu umožňující přesnější diagnostiku. Proto se v naší studii snažíme optimalizovat metodické přístupy sloužící pro detekci miRNA, jako je izolace RNA a výběr vhodné technologie pro globální profilování miRNA v CSF. Materiál a metody: V rámci optimalizace izolace RNA z CSF bylo porovnáváno několik komerčně dostupných izolačních kitů s různými modifikacemi v protokolu. Při výběru nejvhodnější metody pro vysokokapacitní profilování miRNA byly testovány dva panely založené na kvantitativní polymerázové řetězové reakci a sekvenování nové generace. Výsledky: Jako nejvhodnější izolační kit byl vyhodnocen Urine miRNA Purification kit (Norgen). Jako nejlepší metoda pro následné vysokokapacitní profilování miRNA v CSF bylo vybráno sekvenování nové generace. Závěr: Optimalizovali jsme protokol pro izolaci RNA a vysokokapacitní analýzu miRNA v mozkomíšním moku.
Backgrounds: Deregulated levels of miRNAs, short noncoding RNAs associated with pathogenesis of many diseases, have been observed in cerebrospinal fluid (CSF). Therefore, the analysis of CSF miRNAs in patients affected by tumors of central nervous system (CNS) might help to develop new diagnostic platform enabling more precise diagnosis. Thus, in our study we tried to optimize methodical approaches to be used for miRNA detection as RNA isolation and selection of suitable technology for global high-throughput miRNA profiling. Material and Methods: In the optimization phase of RNA isolation from CSF, various commercially available kits with different protocol modifications were compared. Two quantitative polymerase chain reaction panels and Next Generation Sequencing method were tested for selection of the most suitable method for miRNA comprehensive profiling. Results: The Urine miRNA Purification kit (Norgen) and Next Generation Sequencing was selected as the most suitable kit for RNA extraction from CSF and method for miRNA comprehensive profiling, resp. Conclusion: We established a protocol for RNA isolation and miRNA comprehensive profiling in CSF clinical specimens.
- MeSH
- glioblastom diagnóza MeSH
- kvantitativní polymerázová řetězová reakce MeSH
- lidé MeSH
- mikro RNA * MeSH
- mozkomíšní mok MeSH
- nádorové biomarkery MeSH
- nádory mozku * diagnóza MeSH
- reagenční diagnostické soupravy * MeSH
- vysoce účinné nukleotidové sekvenování MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- Publikační typ
- hodnotící studie MeSH
- práce podpořená grantem MeSH
Cerebrospinal fluid (CSF) is a body fluid that has many important functions and is in direct contact with the extracellular environment of the central nervous system (CNS). CSF serves as both the communication channel allowing the distribution of various substances among the CNS cells and the storage facility for the waste products these cells release. For these reasons, CSF is a potential source of diagnostic biomarkers of many CNS diseases, including brain tumors. Recent studies have revealed that CSF also contains circulating microRNAs (miRNAs), short non-coding RNAs that have been described as biomarkers in many cancers. However, CSF miRNAs are difficult to detect, which is why researchers face major challenges, including technological difficulties in its detection and its lack of standardization. Therefore, this review aims (i) to highlight the potential of CSF miRNAs as diagnostic, prognostic and predictive biomarkers in brain tumors, and (ii) to summarize technological approaches for detection of CSF miRNAs.
