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Publicação
Noninvasive Profiling of Tumor-Associated Proteolysis in Bladder Cancer through Urinary Peptidomics
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Resumo(s)
Over the years, Bladder Cancer (BCa) has been one of the most diagnosed tumors, also leading as a cause of cancer death worldwide. According to the World Health Organization, the projection for new cases per year of this malignancy shows more than a doubling of the number between 2020 to 2040. Alarmingly, these predictions highlight the urgent need for minimally invasive and cost-effective diagnostic alternatives to reduce the widespread use of surgical cystoscopy in the detection and monitoring of bladder cancer stages: Non-Muscle Invasive (NMIBC) and Muscle-Invasive (MIBC), thereby improving patient outcomes and ensuring early and accurate diagnoses. Addressing this problem, our research aims to predict tumor associated proteolysis for BCa monitorization, such as tumor invasion into the bladder’s muscle, which is highly aggressive and lethal, for new non-invasive methodologies establishment. It employs label-free quantitative method to the urinary peptidome profile of 35 patients: 11 with Cystitis as a non-tumor control group, 12 with NMIBC (Ta) and 12 with MIBC (T2+), to help map tumor-associated proteolysis. Comparative peptidome analysis revealed distinct peptide signatures across groups. With a False Discovery Rate (FDR) of less than 1%, 991 pep tides were exclusive to cystitis, 24,772 distinct species to NMIBC and 1,246 to MIBC. Based on the analysis of peptide terminal amino acids, high intensity detected sequences such as A(+42.01)PNLPPT(+79.97)PTP (Cystitis), KCAVG (Ta), KARCA (Ta), EFTPAVHASLDKF (T2+) and HLPAEFTPAVHASLDKF (T2+) emerged as biomarker candidates, and we inferred potential proteolytic enzymes responsible for generating the observed urinary peptides. The pattern of proteolytic activity suggested stage-specific activity, with Matrix metallopeptidase-7 likely contributing to cleavage events in Cystitis and in MIBC, reflected over the correspondent mentioned high-intensity urinary peptide sequences. While for NMIBC, Legumain and Aminopeptidase A were the consistent peptidases with activity, reflected in peptides such as KCAVG and KARCA. Notably, several of these enzymes have previously been identified in our laboratory, reinforcing their biological relevance. Overall, this study establishes a noninvasive molecular framework to decode tumor-associated proteolysis in BCa, supporting urinary peptidomics as a promising avenue for biomarker discovery and disease stratification.
Ao longo dos anos, o Cancro de Bexiga (BCa) tem sido um dos tipos de cancro mais diagnosticados, sendo uma das principais causas de morte por cancro a nível mundial. Segundo a Organização Mundial de Saúde, projeções indicam que, entre 2020 e 2040, o número de novos casos anuais de BCa terá um acréscimo acima dos 50%, o que relança a urgência de alternativas de diagnóstico minimamente invasivas e de maior relação efetividade-custo, ca pazes de reduzir a utilização do método cirúrgico comumente utilizado cistoscopia, para uma deteção correta e precoce, assim como uma melhor monitorização da doença nos seus diferentes tipos e estadios: Muscular Não-Invasivo (NMIBC) e Muscular Invasivo (MIBC). Em resposta ao problema descrito, a nossa investigação procurou explorar e estabelecer novas metodologias não invasivas, com mapeamento de processos de proteólise enzimática associados ao Cancro de Bexiga a partir do estudo do perfil do peptidoma urinário característico. 35 amostras de urina de pacientes foram então analisadas (11 de cistite, 12 de NMIBC e 12 de MIBC) nesse sentido. A análise peptidómica comparativa revelou a prevalência de diferenças ao nível da natureza e conteúdo peptídico entre os grupos, com 991 péptidos exclusivamente deteta dos em Cistite, 24 772 em NMIBC e 1 246 exclusivos em MIBC (com uma taxa de falsos positivos inferior a 1%). Por estudo do perfil de aminoácidos na posição C-terminal, sequências deteta das de alta intensidade A(+42.01)PNLPPT(+79.97)PTP (Cistite), KVACG (Ta), KARCA (Ta), EFTPA VHASLDKF (T2+) e HLPAEFTPAVHASLDKF (T2+) emergiram como biomarcadores candidatos da doença, tendo sido inferida a sua potencial atividade proteolítica responsável pela origem dos péptidos urinários listados. O mapa proteolítico sugeriu uma atividade de proteólise enzimática específica de estadio da doença, com a enzima matriz metalopeptidase-7 a contribuir em padrões de clivagem geradores de sequências em cistite (A(+42.01)PNLPPT(+79.97)PTP) e em MIBC (EFTPAVHASLDKF e HLPAFTPAVHASLDKF), enquanto em NMIBC, a atividade das enzimas Legumain e Aminopeptidase A foi consistente em eventos de clivagem para produção das sequências KCAVG e KARCA detetadas. Algumas destas enzimas tendo sido a priori caracterizadas no nosso laboratório ressalva a sua relevância biológica, promovendo ao estudo concretizado, o estabelecimento de padrões moleculares não invasivos capazes de descodificar processos de proteólise tumoral enzimática associada ao Cancro de Bexiga. O perfil peptidómico urinário tem assim potencial na descoberta de biomarcadores clínicos e estratificação respetiva da doença.
Ao longo dos anos, o Cancro de Bexiga (BCa) tem sido um dos tipos de cancro mais diagnosticados, sendo uma das principais causas de morte por cancro a nível mundial. Segundo a Organização Mundial de Saúde, projeções indicam que, entre 2020 e 2040, o número de novos casos anuais de BCa terá um acréscimo acima dos 50%, o que relança a urgência de alternativas de diagnóstico minimamente invasivas e de maior relação efetividade-custo, ca pazes de reduzir a utilização do método cirúrgico comumente utilizado cistoscopia, para uma deteção correta e precoce, assim como uma melhor monitorização da doença nos seus diferentes tipos e estadios: Muscular Não-Invasivo (NMIBC) e Muscular Invasivo (MIBC). Em resposta ao problema descrito, a nossa investigação procurou explorar e estabelecer novas metodologias não invasivas, com mapeamento de processos de proteólise enzimática associados ao Cancro de Bexiga a partir do estudo do perfil do peptidoma urinário característico. 35 amostras de urina de pacientes foram então analisadas (11 de cistite, 12 de NMIBC e 12 de MIBC) nesse sentido. A análise peptidómica comparativa revelou a prevalência de diferenças ao nível da natureza e conteúdo peptídico entre os grupos, com 991 péptidos exclusivamente deteta dos em Cistite, 24 772 em NMIBC e 1 246 exclusivos em MIBC (com uma taxa de falsos positivos inferior a 1%). Por estudo do perfil de aminoácidos na posição C-terminal, sequências deteta das de alta intensidade A(+42.01)PNLPPT(+79.97)PTP (Cistite), KVACG (Ta), KARCA (Ta), EFTPA VHASLDKF (T2+) e HLPAEFTPAVHASLDKF (T2+) emergiram como biomarcadores candidatos da doença, tendo sido inferida a sua potencial atividade proteolítica responsável pela origem dos péptidos urinários listados. O mapa proteolítico sugeriu uma atividade de proteólise enzimática específica de estadio da doença, com a enzima matriz metalopeptidase-7 a contribuir em padrões de clivagem geradores de sequências em cistite (A(+42.01)PNLPPT(+79.97)PTP) e em MIBC (EFTPAVHASLDKF e HLPAFTPAVHASLDKF), enquanto em NMIBC, a atividade das enzimas Legumain e Aminopeptidase A foi consistente em eventos de clivagem para produção das sequências KCAVG e KARCA detetadas. Algumas destas enzimas tendo sido a priori caracterizadas no nosso laboratório ressalva a sua relevância biológica, promovendo ao estudo concretizado, o estabelecimento de padrões moleculares não invasivos capazes de descodificar processos de proteólise tumoral enzimática associada ao Cancro de Bexiga. O perfil peptidómico urinário tem assim potencial na descoberta de biomarcadores clínicos e estratificação respetiva da doença.
Descrição
Palavras-chave
Bladder cancer Biomarkers LC–MS/MS Liquid biopsy Noninvasive diagnos Proteolytic activity Urinary peptidomics