Comparative analysis of the human serum N-glycome in lung cancer, COPD and their comorbidity using capillary electrophoresis

L

Protein és glikán biomarkerek szerepe a krónikus obstruktív tüdőbetegség diagnosztikájában = The potential role of proteomic and glycomic biomarkers in chronic obstructive pulmonary disease diagnostics

Absztrakt: A krónikus obstruktív tüdőbetegség (COPD) világszerte előkelő helyet foglal el a morbiditási és mortalitási statisztikákban. A COPD megelőzhető és kezelhető betegség, kialakulásáért döntően a dohányzás tehető felelőssé. A prevenció kulcsfontosságú, de korlátozottan kivitelezhető, így a rizikó meghatározása és a korai noninvazív diagnosztika révén lehetne tovább csökkenteni a COPD miatti halálozást. A fejlődő diagnosztikus technikák ellenére az optimális szűrővizsgálat felfedezése még várat magára. Kellően szenzitív és specifikus biomarkerek felfedezése megfelelő eszközt adhat a klinikus kezébe a betegség korai diagnosztizálásához, a differenciáldiagnosztikához, a fenotipizáláshoz és a prognózis becsléséhez. Közleményünkben a COPD vonatkozásában a közelmúltban felfedezett potenciális fehérje és glikán biomarkereket foglaljuk össze. Orv Hetil. 2020; 161(4): 123–128. | Abstract: Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is worldwide a significant representative of morbidity and mortality statistics. COPD is a preventable and treatable disease and smoking is the main risk factor of disease development. Prevention is crucial, but it has its limitations, so risk estimation and early non-invasive diagnostics are essential to decrease COPD mortality. Although diagnostic techniques are evolving, the perfect screening tool is lacking. Discovery of properly sensitive and specific biomarkers is important. They could be effective diagnostic, differential diagnostic, phenotyping and prognostic tools to clinicians. The manuscript is focusing on recently discovered potential protein and glycan biomarkers for COPD. Orv Hetil. 2020; 161(4): 123–128

High Throughput Multiplex SNP-analysis In Chronic Obstructive Pulmonary Disease and Lung Cancer

Background A number of human inflammatory diseases and tumors have been shown to cause alterations in the glycosylation pattern of plasma proteins in a specific manner. These highly variable and versatile post-translational modifications fine-tune protein functions by influencing sorting, folding, enzyme activity and subcellular localization. However, relatively little is known about regulatory factors of this procedure and about the accurate causative connection between glycosylation and disease. Objective The aim of the present study was to investigate whether certain single nucleotide polymorphisms (SNPs) in genes encoding glycosyltransferases and glycosidases could be associated with elevated risk for chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and lung adenocarcinoma. Methods A total of 32 SNPs localized in genes related to N-glycosylation were selected for the association analysis. Polymorphisms with putative biological functions (missense or regulatory variants) were recruited. SNPs were genotyped by a TaqMan OpenArray platform. A single base extension based method in combination with capillary gel electrophoresis was used for verification. Results The TaqMan OpenArray approach provided accurate and reliable genotype data (global call rate: 94.9%, accuracy: 99.6%). No significant discrepancy was detected between the obtained and expected genotype frequency values (Hardy–Weinberg equilibrium) in the healthy control sample group in case of any SNP confirming reliable sampling and genotyping. Allele frequencies of the rs3944508 polymorphism localized in the 3’ UTR of the MGAT5 gene significantly differed in the sample groups compared. Conclusion Our results suggest that the rs34944508 SNP might modulate the risk for lung cancer by influencing the expression of MGAT5. This enzyme catalyzes the addition of N-acetylglucosamine (GlcNAc) in beta 1-6 linkage to the alpha-linked mannose of biantennary N-linked oligosaccharides, thus, increases branching that characteristic for invasive malignancies

Egy oktatóprogram fejlesztésének lehetőségei tüdőgyógyász szakorvosok krónikus obstruktív tüdőbetegséggel kapcsolatos megítélése alapján

Absztrakt: Bevezetés: A krónikus obstruktív tüdőbetegség jelentős egészségügyi teher mind a beteg, mind a társadalom részére. Betegoktatással ez a teher csökkenthető, így magyar környezetben kerestük az optimális tartalmat ehhez. Célkitűzés: 1) A tüdőgyógyászok véleményére épülő betegoktatási tartalom tervezése; 2) a tüdőgyógyászok magatartásának és percepcióinak megismerése; 3) a beteg adherenciája (együttműködése) javítási lehetőségeinek felmérése. Módszer: Országszerte 20 gondozóban, kórházban és rehabilitációs központban dolgozó tüdőgyógyásszal készítettünk interjút. A struktúrát úgy alakítottuk ki, hogy egy betegoktató program kulcselemeit definiáljuk, valamint hogy teret engedjünk a percepciók, terápiás attitűdök felfedésének. Eredmények: Az átlagos krónikus obstruktív tüdőbeteg dohányos, férfi, alulszocializált, köhög, fullad, és 40 évnél idősebb. Betegségét nem veszi komolyan, csak súlyosabb esetben fordul orvoshoz, adherenciája is csak ekkor nő meg. Ez a hatás gyakran átmeneti, csak a rosszullétre korlátozódik. Az adherencia szerint három csoport különíthető el: marginális jó adherencia (kb. 10%) mellett az átlag 30–40% között van, és a betegek jelentős része (60%) minimális adherenciával bír. Az inhalátor használata ideális esetben maximum 3 lépésből áll, könnyen reprodukálható és elmagyarázható. Következtetés: Az oktatóprogram keretét meghatározó szempontok a megfelelő betegkép (személyre szabás), a tüdőgyógyászati, helyszíni oktatás, az orvos–beteg kapcsolat, a betegek hozzáállása és az életmódbeli változtatások (leszokás a dohányzásról), valamint a megfelelő inhalátor kiválasztása. Orv Hetil. 2020; 161(3): 95–102. | Abstract: Introduction: Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a health burden for the patient and the society. We have sought to find the optimal education content to alleviate this burden. Aim: (1) To create patient education content based on the pulmonologists’ opinion; (2) to understand the pulmonologists’ attitudes and perceptions; (3) to evaluate the options to improve patient adherence. Method: We have performed 20 interviews with pulmonologists working in inpatient, outpatient and rehabilitation settings. The structure of the interviews has been designed to determine the key elements of a patient education programme and to discover perception and therapeutic attitudes. Results: The average COPD patient is a smoker, male, under-socialized, coughs, has dyspnoea and is older than 40 years. He does not take his illness seriously, and seeks medical attention only in case of worsening of the disease, and improvement in adherence is only present in such cases. The latter phenomenon is frequently transient, and limited to worse periods. Three adherence groups can be defined: marginal good adherence (approx. 10%), the average is around 30–40%, and minimal adherence (60%). Correct inhaler use should be taught in maximum three steps, which should be easily reproduced and explained. Conclusion: The aspects defining the framework of the education programme are the adequate patient profile (tailor-making), on-the-spot education in the pulmonology centre, the relationship between the patient and the doctors, patient attitudes and lifestyle changes (smoking cessation), and choosing the adequate inhaler. Orv Hetil. 2020; 161(3): 95–102

A thrombocyta mint gyulladásos sejt = The platelet as an inflammatory cell

A kutatást az alábbi négy fókuszterületen végeztük: 1. A P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) knock out, modellben leírtuk, hogy a PSGL-1 hiánya protektív szereppel bír a thrombosis kialakulása során és megállapítottuk, hogy a PSGL-1 hiányában a myeloid sejtek és azok prekurzorai szignifikánsan magasabb számban szabadulnak fel, G-CSF hatására (közlés alatt). 2. A thrombocyta aktiváció moduláció terén megállapítottuk, hogy a calyculin-A (CLA) hatására jelentősen csökken a thromin receptor anragonista peptid (TRAP) aktiváció által létrehozott válasz. Valamint leírtuk, hogy a hagyományos anti-platelet kezelés mellett a P-selectin, a PF4, valamint a CD40L receptorokon keresztül milyen módon befolyásolható a thrombocyta működés. 3. Az inlammatorikus stimulusok közül megállapítottuk, hogy a lipopoliszacharid (LPS) formák közül kizárólag az Re-LPS formának van hatása a thrombocyta aktiváció bizonyos paramétereire. 4. A klinikai kollaborációs vizsgálatok terén a thrombocyta rendellenességek közül kollaborációs vizsgálataink során meghatároztuk, hogy Glanzmann thrombasthenia esetén a thrombocyta felszíni receptorok expresszióját és leírtuk ezek TRAP aktiváció után megjelenő szintjét. További klinikai kollaborációs vizsgálataink eredményeként két beteg populációban (obesitas és PAD) mutattunk ki jelentős vérlemezke aktivációt illetve ezek összefüggését a betegség alatti egyéb változókkal. | The research activity was carried out in 4 focus areas: 1. In P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) knock out mice we verified, that PSGL-1 is protective against thrombosis in a murine model (Miszti-Blasius et al, 2011), and we found that in the absence of PSGL-1 mature and precursor myeloid cells are released earlier upon G-CSF treatment (submitted). 2. Studying the modulation of platelet activation we proved that calyculin-A (CLA) inhibits TRAP elicited platelet activation parallel with its phosphatase inhibitor activity. (Simon Z et al, 2010) In case of conventional anti-platelet treatment we described the modulation of platelet fuction via P-selectin, PF4 and CD40L receptors (Nagy B Jr et al, 2012) 3. We investigated the effect of lipopolysaccharide and (LPS). We found that out of the LPS isoforms only the Re-LPS but not the S-LPS is capable of mediating platelet activation (Kappelmayer et al, 2012, under revision) 4. In case of clinical collaborations on platelets, we determined platelet surface glycoprotein expressions in Glanzmann thrombastenia and described their expression levels after TRAP activation. Further collaborative studies proved considerable platelet activation in obese and peripheral arterial disease patients (Csongrádi et al 2011, Shemirani et al, 2011

HUNCHEST-II contributes to a shift to earlier-stage lung cancer detection: final results of a nationwide screening program

The introduction of low-dose CT (LDCT) altered the landscape of lung cancer (LC) screening and contributed to the reduction of mortality rates worldwide. Here we report the final results of HUNCHEST-II, the largest population-based LDCT screening program in Hungary, including the screening and diagnostic outcomes, and the characteristics of the LC cases.A total of 4215 high-risk individuals aged between 50 and 75 years with a smoking history of at least 25 pack-years were assigned to undergo LDCT screening. Screening outcomes were determined based on the volume, growth, and volume doubling time of pulmonary nodules or masses. The clinical stage distribution of screen-detected cancers was compared with two independent practice-based databases consisting of unscreened LC patients.The percentage of negative and indeterminate tests at baseline were 74.2% and 21.7%, respectively, whereas the prevalence of positive LDCT results was 4.1%. Overall, 76 LC patients were diagnosed throughout the screening rounds (1.8% of total participants), out of which 62 (1.5%) patients were already identified in the first screening round. The overall positive predictive value of a positive test was 58%. Most screen-detected malignancies were stage I LCs (60.7%), and only 16.4% of all cases could be classified as stage IV disease. The percentage of early-stage malignancies was significantly higher among HUNCHEST-II screen-detected individuals than among the LC patients in the National Koranyi Institute of Pulmonology's archive or the Hungarian Cancer Registry (p < 0.001).HUNCHEST-II demonstrates that LDCT screening for LC facilitates early diagnosis, thus arguing in favor of introducing systematic LC screening in Hungary.HUNCHEST-II is the so-far largest population-based low-dose CT screening program in Hungary. A positive test's overall positive predictive value was 58%, and most screen-detected malignancies were early-stage lesions. These results pave the way for expansive systematic screening in the region.• Conducted in 18 medical facilities, HUNCHEST-II is the so far largest population-based low-dose CT screening program in Hungary. • The vast majority of screen-detected malignancies were early-stage lung cancers, and the overall positive predictive value of a positive test was 58%. • HUNCHEST-II facilitates early diagnosis, thus arguing in favor of introducing systematic lung cancer screening in Hungary

Biomarker Candidates Correlate With Lung Function In COPD

ÖSSZEFOGLALÁS Előzmények: A krónikus obstruktív légúti betegség (COPD) az egyik vezető tényező a mortalitási és morbiditási statisztikákban világszerte. A COPD egy progresszív légúti áramlás korlátozottsággal jellemzett kórkép, ahol a légúti obstrukció nem teljesen reverzibilis. A légúti áramláskorlátozottság progresszív és a tüdőnek a kóros gyulladásos reakciójával magyarázható. A COPD diagnózisát a betegség tünetei és a sprirometriával mért légzésfunkciós eltérések alapján tudjuk kimondani. A COPD-t általában előrehaladott stádiumban diagnosztizáljuk. A dohányosoknak csak 15-20 %-ban (vagy gyakrabban) alakul ki COPD, és a COPD-s betegek 85-90 %-a dohányzik, ami felveti annak a lehetőségét, hogy genetikai tényezők is meghatározó szerepet játszanak a COPD kialakulásában. COPD biomarkerek felfedezése segíthet a tünetmentes COPD-sek és dohányosok szűrésében, és új terápiás célpontokat jelölhet ki, és segíthet a betegek kiválasztásában, akiket korai kezelésben lehet részesíteni. A vizsgálat célja: Munkám hosszabb távú célja az, hogy hipotézis nélküli és hipotézis által vezérelt biomarker kutatással elősegítsem egy új, diagnosztikus panel felfedezését, kvalifikációját és validációját. Specifikus kérdésem, hogy találunk-e a plazmában olyan fehérje biomarkereket amelyek, megkülönböztetik a dohányos (de nem COPD-s) és a dohányos COPD-s betegeket, potenciálisan alkalmas-e a módszer a veszélyeztetett dohányosok kiszűrésére. Munkám további célja, hogy a relatíve elhanyagolt metabolom biomarker vizsgálatot is bevezessem a COPD kutatásban. Erre vonatkozó kérdéseim: Korrelálnak-e a lipid biomarkerek a COPD-re specifikus légzésfunkciós paraméterekkel? Alkalmazható-e a hipotézis vezérelt metabolom kutatás új markerek felfedezésére és kvalifikációjára? Eredmények, megbeszélés: Szérum – protein – biomarkerek: Vizsgálatunkban meghatároztunk és alkalmasnak találtunk egy széleskörű monoklonális ellenanyag könyvtárakon alapuló proteomikai módszert, amely képes betegségspecifikus biomarkerek előállítására. Az új módszerrel felfedezett tíz biomarker közül négyet mutattam be. Az új marker ellenanyagok a vizsgált klinikai kohorszon COPD specifikusnak bizonyultak. A módszer transzlációs szűk keresztmetszet nélkül biztosítja a klinikai tesztek fejlesztését. Ebből a szempontból vizsgálva módszerünk egy lépésben megvalósítja a felfedezést az új biomarkerek kvalifikációjának egy fontos elemét szemben a tömegspektometriával vagy biológiai alapú hipotézis vezérelt stratégiákkal. Az itt először leírt „gátlási” teszt általánosabban alkalmazható változata a QuantiPlasma biocsip már forgalomban van, amelyet a Biosystems International és a Randox cégek közösen fejlesztettek, és a DEOEC Kilinikai és Molekuláris Medicina Laboratoriumában sikerrel került kipróbálásra. BAL – lipid – biomarkerek: Bizonyítottuk elsőként, hogy a BAL-ban található néhány lipid biomarker (EPA, 15-HETE, LPC, PgD2) LC-MS-sel mérhető szintje és TLC (Total Lung Capacity) között egyenes arányosság van. A BAL-ból visszanyert folyadékban található PgD2 összes mennyisége, lineáris de fordított összefüggést mutat a COPD-re specifikus légzésfunkciós értékekkel (FEV1, FEV1%), a BAL kompartmentalizációjára vonatkozó hipotézisünk alkalmazása után. Kiemelendő, hogy munkám dokumentálhatóan az egyik kiindulópontja lett a PgD2 receptor gátló gyógyszerfejlesztésnek. A BAL kompartmentalizációjára vonatkozó hipotézisünk szerint a bevitt víz egy variábilis része gyorsan felszívódik, de a kimosott mediátorok nem szívódnak fel. Az itt elsőként közlésre került hipotézisünk helyességét nagymértékben támogatja a kapott eredmény és annak irodalmi reprodukciója. A biomarker vizsgálat eredményei alapján a munkát tovább tervezem folytatni különös tekintettel a PgD2 és COPD kapcsolatára. SUMMARY BIOMARKER CANDIDATES CORRELATE WITH LUNG FUNCTION IN COPD. Background: Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a major cause of morbidity and mortality worldwide. COPD is characterized by progressive development of airflow limitation that is not fully reversible. The airflow limitation is usually both progressive and associated with an abnormal inflammatory response of the lungs. Diagnosis of COPD is built on symptoms and decreased level of lung function as tested by spirometry. COPD patients are usually diagnosed only when the disease is already in an advanced stage. Only about 15-20% (or more) of smokers are susceptible to developing COPD, and 85-90% of COPD patients are smokers, indicating the possibility of additional, genetic factors playing role the development of COPD. Identification of biomarkers result in the eventual development an early diagnostics for the asymptomatic COPD patients and for screening of smokers with high susceptibility to develop COPD. Here, I present the first phase of the work. The aim of the study: The long term goal of my hypothesis free and hypothesis driven biomarker research is to enable the discovery, qualification and validation of an analyte panel based new laboratory diagnostics. My specific questions (protein biomarkers): Does the plasma proteome contain COPD specific biomarkers? Do we find protein biomarkers capable to discriminate smoking but COPD free subjects from smoking COPD patients? Additional goal of my work was to explore and introduce the less popular metabolom studies in COPD research. First we examined whether bronchoalveolar lavage fluid obtained from the site of the pathology, as the „direct imprint” of the disease process is applicable in the quest for lipid biomarkers? Specific questions on this subject: Do we find COPD specific lipid mediators in the BAL fluid with targeted hypothesis driven biomarker research? Is the hypothesis driven metabolom marker research applicable for the discovery and qualification of new markers in COPD? Result and discussion: Serum – protein – biomarkers: Based on our studies, we find the monoclonal antibody library based proteomics technology suitable for the discovery of disease specific biomarkers. We show four antibody biomarkers from the pool of ten we discovered with this technology. The monoclonal antibody biomarkers were found COPD specific on he cohorts we used. The new technology ensures the development of clinical laboratory tests without apparent bottleneck in contrast to MS based or targeted, hypothesis meadiated technologies. From this point of view our technology achieves discovery and early validation in one step. The inhibtion test we present here for the first time, in a more generally applicable form has been marketed as QuantiPlasma biochip, which was developped by Biosystems International and Randox and has been tested succesfully at the Clinical and Molecular Laboratory of DEOEC. BAL – lipid – biomarkers: We demonstrate for the first time that in the BAL a few lipid biomarkers (EPA, 15-HETE, LPC, PgD2 ) quantified by LC-MS technology show an apparently good and positive linear correlation with TLC (Total Lung Capacity). The total PgD2 , quantity recovered from the BAL fluid showed good linear but inverse correlation with COPD specific lung function tests (FEV1 and FEV1%) after applying our hypothesis on the compartmentalisation of BAL fluid. Important that my work as evidenced from recent publications became one of the starting points for the development of PD2 inhibitors at the pharma industry. According to our new hypothesis on he BAL compartmentalisation, the a variable part of the BAL fluid is reabsorbed quickly, however the washed-out lipid biomarkers are not reabsorbed. The hypthesis published here first is likely to be valid as supported strongly by the quality of the results. We plan to continue the qualification of the lipid biomarkers with special focus on PgD2 and its involvement in COPD.d