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Publication
Non-invasive, innovative and promising strategy for breast cancer diagnosis based on metabolomic profile of urine, cancer cell lines and tissue
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.77 MB | Adobe PDF |
Authors
Silva, Catarina Grace Sousa Luís
Abstract(s)
The work presented in this thesis aimed to establish the metabolomic profile of urine and breast cancer (BC) tissue from BC patients (samples cordially provided by Funchal Hospital), in addition to BC cell lines (MCF-7, MDA-MB-231, T-47D) as a powerful strategy to identify metabolites as potential BC biomarkers, helping on the development of non-invasive approaches for BC diagnosis and management. To achieve the main goal and obtain a deeper and comprehensive knowledge on BC metabolome, different analytical platforms, namely headspace solid-phase microextraction (HSSPME) combined with gas chromatography-quadrupole mass spectrometry (GC-qMS) and nuclear magnetic ressonance (1H NMR) spectroscopy were used. The application of multivariate statistical methods - principal component analysis (PCA) and orthogonal partial least square – discriminant analysis (OPLS-DA), to data matrix obtained from the different target samples allowed to find a set of highly sensitive and specific metabolites metabolites, namely, 4-heptanone, acetic acid and glutamine, able to be used as potential biomarkers in BC diagnosis. Significant group separation was observed in OPLS-DA score plot between BC and CTL indicating intrinsic metabolic alterations in each group. To attest the robustness of the model, a random permutation test with 1000 permutations was performed with OPLS-DA. The permutation test yielded R2 (represents goodness of fit) and Q2 values (represents predictive ability) with values higher than 0.717 and 0.691, respectively. Several metabolic pathways were dysregulated in BC considering the analytical approaches used. The main pathways included pyruvate, glutamine and sulfur metabolisms, indicating that there might be an association between the metabolites arising from the type of biological sample of the same donor used to perform the investigation. The integration of data obtained from different analytical platforms (GC-qMS and 1H NMR) for urinary and tissue samples revealed that five metabolites (e.g., acetone, 3-hexanone, 4-heptanone, 2methyl-5-(methylthio)-furan and acetate), were found significant using a dual analytical approach.
O trabalho apresentado nesta tese teve como objetivo estabelecer o perfil metabolómico da urina e do tecido da mama de doentes com cancro de mama (BC) (amostras cordialmente fornecidas pelo Hospital do Funchal), além das linhas celulares de BC (MCF-7, MDA-MB-231, T -47D) como uma poderosa estratégia para identificar metabolitos como potenciais biomarcadores de BC, auxiliando no desenvolvimento de abordagens não invasivas para o diagnóstico e a gestão da patologia. Para obter um conhecimento mais profundo e abrangente do metaboloma de BC, diferentes plataformas analíticas, nomeadamente a microextração em fase sólida em modo headspace (HS-SPME) combinada com a cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massa (GC-qMS) e espectroscopia de ressonância magnética nuclear (1H RMN), foram usadas para atingir o objetivo principal. A aplicação de métodos estatísticos multivariados - análise de componentes principais (PCA) e análise discriminante de mínimos quadrados parciais ortogonais (OPLS-DA) à matriz de dados obtida a partir das diferentes amostras alvo, permitiu estabelecer um grupo de metabolitos sensíveis e específicos, nomeadamente a 4-heptanona, o ácido acético e a glutamina, possíveis de serem utilizados como potenciais biomarcadores no diagnóstico de BC. Uma separação significativa entre os grupos BC e CTL foi observada pelo OPLS-DA, indicando alterações metabólicas em cada grupo. Para verificar a robustez do modelo, foi realizado um teste de permutação aleatória com 1000 permutações com o sistema OPLS-DA. Valores de R2 (representa o ajuste) e Q2 (representa a capacidade preditiva) superiores a 0,717 e 0,691, foram obtidos utilizando o teste da permutação. Diversas vias metabólicas estavam desreguladas no BC considerando as abordagens analíticas utilizadas. As principais vias incluíram os metabolismos do piruvato e glutamina, indicando que poderá haver uma associação entre os metabolitos derivados do tipo de amostra biológica do mesmo doador utilizado para realizar a investigação. A integração de dados obtidos pelas diferentes plataformas analíticas (GC-qMS e 1H RMN) para amostras urinárias e de tecido revelou cinco metabolitos significativos usando a dupla abordagem analítica. (i.e., acetona, 3-hexanona, 4-heptanona, 2-metil-5- (metiltio) - furano e acetato).
O trabalho apresentado nesta tese teve como objetivo estabelecer o perfil metabolómico da urina e do tecido da mama de doentes com cancro de mama (BC) (amostras cordialmente fornecidas pelo Hospital do Funchal), além das linhas celulares de BC (MCF-7, MDA-MB-231, T -47D) como uma poderosa estratégia para identificar metabolitos como potenciais biomarcadores de BC, auxiliando no desenvolvimento de abordagens não invasivas para o diagnóstico e a gestão da patologia. Para obter um conhecimento mais profundo e abrangente do metaboloma de BC, diferentes plataformas analíticas, nomeadamente a microextração em fase sólida em modo headspace (HS-SPME) combinada com a cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massa (GC-qMS) e espectroscopia de ressonância magnética nuclear (1H RMN), foram usadas para atingir o objetivo principal. A aplicação de métodos estatísticos multivariados - análise de componentes principais (PCA) e análise discriminante de mínimos quadrados parciais ortogonais (OPLS-DA) à matriz de dados obtida a partir das diferentes amostras alvo, permitiu estabelecer um grupo de metabolitos sensíveis e específicos, nomeadamente a 4-heptanona, o ácido acético e a glutamina, possíveis de serem utilizados como potenciais biomarcadores no diagnóstico de BC. Uma separação significativa entre os grupos BC e CTL foi observada pelo OPLS-DA, indicando alterações metabólicas em cada grupo. Para verificar a robustez do modelo, foi realizado um teste de permutação aleatória com 1000 permutações com o sistema OPLS-DA. Valores de R2 (representa o ajuste) e Q2 (representa a capacidade preditiva) superiores a 0,717 e 0,691, foram obtidos utilizando o teste da permutação. Diversas vias metabólicas estavam desreguladas no BC considerando as abordagens analíticas utilizadas. As principais vias incluíram os metabolismos do piruvato e glutamina, indicando que poderá haver uma associação entre os metabolitos derivados do tipo de amostra biológica do mesmo doador utilizado para realizar a investigação. A integração de dados obtidos pelas diferentes plataformas analíticas (GC-qMS e 1H RMN) para amostras urinárias e de tecido revelou cinco metabolitos significativos usando a dupla abordagem analítica. (i.e., acetona, 3-hexanona, 4-heptanona, 2-metil-5- (metiltio) - furano e acetato).
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Keywords
Breast cancer Cell lines Urine and BC tissue Metabolomics NMR GC-qMS Chemometric tools Cancro da mama Linhas celulares Urina e tecido Metabolómica Ferramentas estatísticas Chemistry - speciality in Biochemistry . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia