Assessment of the choline metabolism in human breast cancer by High Resolution Magic Angle Spinning 1H Magnetic Resonance Spectroscopy and quantitative Polymerase Chain Reaction

Abstract

The study analysed invasive ductal carcinoma grade II and III with the use of two different analytical techniques: 1H MRS at 14T and real-time PCR. The results were matched and monitored for specific patterns. Simultaneous analysis of the datasets led to rejection of the null-hypothesis: there was a statistically significant correlation between histological grade, the concentration of certain enzymes of the Kennedy pathway and metabolites measured by 1H MRS in malignant breast cancer tissue. The following significant differences in enzyme concentration within the two histological groups were found: a negative correlation between ChoKβ and higher pathological grade; a positive correlation between ChoKα and total choline concentration in both grades. In both grades, there was a negative correlation between ChoKα/β and the (PC+GPC)/choline ratio, as well as between ChoKα and the GPC level in grade 2. Apart from ChoK, there was one statistically significant finding for another enzyme involved in the Kennedy cycle: PCYT1A concentration and GPC/choline ratio were negatively correlated in grade 3. These results underline the notion that there is a specific spectral pattern that allows differentiation between different breast tissue lesions. The study discusses several possible explanations for the results and puts them into perspective with work done so far in the field. Provided a sufficiently large dataset, the integration of MRS with MRI data could lead to higher quality and reliability of diagnostic procedures. A comprehensive histopathologic, clinical and biochemical classification of breast lesions could allow for less repetitive surgical interventions and ultimately higher survival rates of breast cancer patients.

In der vorliegenden Arbeit wurde malignes Brustkrebsgewebe vom Typ des invasiven duktalen Karzinoms (IDC) mittels zweier verschiedener Techniken untersucht: High resolution magic angle spinning - 1H magnetic resonance spectroscopy und real time-quantitative PCR. Die so erhobenen Daten aus Spektroskopie und Enzymkonzentrationsbestimmung ermöglichten in einem zweiten Schritt die Suche nach signifikanten Korrelationen zwischen Metaboliten und Enzymen des Cholinkreislaufs. Von besonderem Interesse war die Bestimmung malignitätsspezifischer Muster durch die Korrelierung der beiden Datensätze. Der Vergleich der erhobenen Werte führte zur Verwerfung der Nullhypothese: Es zeigte sich eine statistisch relevante Korrelation zwischen histologischem Grad, der Konzentration bestimmter Enzyme und Metabolite des Cholinkreislaufs (sog. Kennedy-Zyklus). Folgende signifikante Unterschiede in der Enzym- und Metabolitkonzentration zwischen den beiden histologischen Gruppen wurden gefunden: Eine negative Korrelation zwischen Cholinkinase β und einem histopathologisch ungünstigeren Grad; eine negative Korrelation zwischen Cholinkinase α und der Glycerophosphocholinkonzentration in Grad II. In beiden histopathologischen Gruppen fand sich eine negative Korrelation zwischen der Cholinkinase α/β-Konzentration und dem (Phosphocholin + Glycerophosphocholin) / Cholin–Verhältnis sowie zwischen Cholinkinase α und der Gesamtcholinkonzentration. Neben den Ergebnissen zur Cholinkinase fand sich für ein weiteres Enzym des Cholinkreislaufs ein signifikantes Ergebnis: Die Cholinphosphat-Cytidylyltransferase 1 A-Konzentration und das Glycerophosphocholin / Cholin-Verhältnis waren negativ korreliert in Grad III. Diese Ergebnisse unterstützen die Theorie eines Zusammenhangs zwischen einer Änderung im Cholinmetabolismus in malignem Brustkrebsgewebe und seinem histopathologischen Grading. Weiterhin unterstreichen sie die bisherigen Erkenntnisse über ein spezifisches Spektralmuster für Brustkrebsgewebe unterschiedlichen histopathologischen Grades. Die Arbeit diskutiert verschiedene Erklärungsansätze für die erhobenen Daten und nimmt eine Einordnung in den bisherigen Stand der Forschung auf dem Gebiet vor.