Analysis of Fluorescence In Situ Hybridization, mtDNA quantification, and mtDNA sequence for the detection of early bladder cancer

Abstract

[한글]본 연구는 방광암의 조기진단을 위해 요세포검사, NMP-22검사, 형광직접보합법의 민감도 비교와, 사립체 핵산의 이상을 분석하였다. 임상적으로 방광암이 의심되는 41명의 환자를 대상으로 소변검체와 그 중 26명의 말초혈액검체를 채취하였다. 형광직접보합법과 NMP-22검사의 민감도는 92.1%이었으며 요세포 검사의 민감도는 60.5%이었다. 낮은 병기의 환자군에서 NMP-22검사와 형광직접보합법의 민감도는 요세포검사보다 높았으나, 높은 병기의 환자군에서는 세 가지 방법 모두 약 90%의 민감도를 나타냈다. 포괄적으로, 형광직접보합법과 NMP-22검사 또는 형광직접보합법과 요세포검사를 결합하였을 경우 97.4%의 민감도를 보였으나 요세포검사와 NMP-22검사를 결합하였을 경우 민감도는 92.1%이었다. 낮은 병기의 환자군에서 세 가지 검사법을 결합할 경우 민감도는 약 90%이나, 높은 병기의 환자군에서는 약 100%이었다. 사립체 핵산의 조절부위인 D-loop 유전자위치에서, 특징적인 사립체 핵산 염기 치환 변이가 한 명의 환자에서 관찰되었으며, 20명의 환자에서 303 poly C tract과 16184 poly C tract에서 사립체 핵산의 length heteroplasmy가 관찰되었다. 즉, 방광암 특이 사립체 핵산 변이는 26명의 대상환자중 20명의 환자에서 검출 되었다(76.9%). 소변검체와 말초혈액검체에서의 사립체 핵산 정량값은 통계학적으로 유의한 차이가 있었다(83.45 ± 60.36 과 39.0 ± 24.38, P < 0.001). 낮은 병기와 높은 병기의 환자군에 따른 소변검체의 사랍체 핵산 정량값은 통계학적으로 유의한 차이가 없었다(81.83 ± 67.78 and 86.49 ± 46.69, P = 0.589). 결론적으로 형광직접보합법은 조기 방광암 검출에 높은 민감도를 나타냈으며, D-loop유전자위치의 사립체 핵산 변이의 빈도는 약 80%정도 이었다. 사립체 핵산 정량값은 말초혈액검체에 비해 소변검체에서 높게 관찰되었다. 본 연구는 형광직접보합법, 사립체 핵산 정량분석을 위한 실시간 중합효소반응, 사립체 핵산 변이검출을 위한 염기서열분석 및 모세관 전기영동 분석을 통해 방광암에서의 유전적 변화의 중요성을 증명하였다.

[영문]We designed this study to test the sensitivities of cytology, the NMP-22 assay, and FISH in the early detection of urothelial carcinoma, and to identify mtDNA alterations in urinary epithelial cells. We collected 41 urine samples and 26 corresponding peripheral blood samples from patients with clinically suspected urothelial carcinoma. The FISH and NMP22 assays detected 92.1% of the cancers and cytology detected 60.5%. In the low grade group, NMP-22 and FISH analyses were more sensitive than cytology, but in the high grade group, all three methods showed about 90% sensitivity. Overall, the FISH and NMP-22, or FISH and cytology assays combined detected 97.4% of cancers, while cytology with NMP-22 detected 92.1%. In the low grade group, the sensitivity of the three methods combined was above 80%, but in high grade group, the combined sensitivity was about 100%. In the mtDNA control region, we detected characteristic heteroplasmic mtDNA substitution mutations in one patient and mtDNA length heteroplasmic mutation in 303 polyC or 16184 poly C in twenty patients. Overall, urothelial carcinoma-specific mtDNA mutations were observed in 20 of the 26 patients (76.9%). The average mtDNA copy numbers in urine samples and corresponding peripheral blood samples (83.45 ± 60.36 and 39.0 ± 24.38, respectively), differed significantly (P < 0.001). The mtDNA copy numbers in the urine samples from patients with high grade and low grade tumors (81.83 ± 67.78 and 86.49 ± 46.69, respectively) did not differ significantly (P = 0.589). In conclusion, the FISH assay showed the highest sensitivity for detecting low grade urothelial carcinoma, and mtDNA copy numbers in urine samples were higher than those in the corresponding peripheral blood samples. The frequency of mtDNA mutations in the D-loop region in patients with cancer was about 80% in our study. This report further supports the significance of genetic alteration in urothelial carcinoma and the clinical utility of the FISH, mtDNA quantitation PCR, mtDNA sequencing, and capillary electrophoresis for this purpose.