Determination of N-Glycome signatures for Early Diagnosis of Epithelial Ovarian Cancer and Monitoring Response to Chemotherapy in an African Cohort

Abstract

This thesis sought to find solutions for the triggers of high mortalities in Epithelial OC (EOC) patients, which include a lack of effective biomarkers for timely diagnosis and monitoring patients' response to chemotherapy, in addition to the underlying viral infections. To this end, serum samples of an African cohort were analyzed for the first time to identify N-glycan signatures with superior accuracy for EOC diagnosis and for monitoring chemotherapy response compared to CA125. Additionally, cohorts of African and European ethnicities were analyzed to identify common serum IgG1/IgG2 glycopeptide signatures to improve EOC diagnosis. Finally, seroprevalence rates of Human immunodeficiency virus (HIV), Hepatitis B and C viruses (HBV and HCV) among Kenyan EOC patients were determined. The total N-Glycans were enzymatically released, purified, permethylated, and measured by MALDI-TOF-MS. Similarly, the tryptic serum IgG1 and IgG2 glycopeptides were measured by MALDI-TOF-MS. Finally, measurements of serum HBV, HCV, and HIV status were done on the Cobas e 801 immunoassay system. Twenty-five N-glycan signatures correlated with the response to chemotherapy. They included 17 of m/z <3600, which indicated early response to chemotherapy, and a further eight of m/z >3600 that indicated late response. Furthermore, a total of 23 N-glycan signatures (12 N-glycans of m/z <3600 downregulated and 11 of m/z >3600 upregulated in EOC) differentiated primary EOC patients from the controls. Analysis of IgG1/IgG2 identified age-dependent cross-ethnic EOC diagnostic glycopeptide signatures. For patients of ages 18–48 years, three IgG1 and five IgG2 glycopeptides were identified, while those of age ≥49 years, had seven IgG1 and four IgG2 glycopeptides. Seroprevalence rates of 29.1% (HBV), 26.7% (HIV) and 1.2% (HCV) were reported in OC patients. The N-glycan and IgG1/IgG2 glycopeptide signatures showed improved detection of EOC as well as chemotherapy response monitoring compared to CA125 when used alone, while the high HBV and HIV positivity in Kenyan OC patients necessitates routine testing for their optimal management.

Die Glykosylierung ist der häufigste, bei Proteinen auftretende, posttranslationale Modifikationsprozess, der zu deren struktureller und funktioneller Veränderung führt. Die Glykanbiosynthese ist bei Krankheiten und bösartigen Tumoren, einschließlich des epithelialem Ovarialkarzinoms (EOC), der dritthäufigsten Todesursache aller gynäkologischen Malignome in Kenia, verändert. Eine späte Diagnose, aufgrund fehlender frühzeitiger diagnostischer Biomarker, Chemotherapieresistenz und nicht diagnostizierte virale Erkrankungen sind die Hauptgründe für die hohe Sterblichkeitsrate. Sowohl als Routinetest für den Nachweis von Krebserkrankungen als auch für die Überwachung der Wirksamkeit von Krebsmedikamenten dient das Krebsantigen (CA125). Dessen Bedeutung wird jedoch durch seine geringe Spezifität und Sensitivität beeinträchtigt. Ziel der Arbeit war es, Lösungen für die Ursachen der hohen Sterblichkeitsrate bei EOC Patientinnen zu finden, zu denen neben den zugrundeliegenden Virusinfektionen auch der Mangel an wirksamen Biomarkern für eine frühe Diagnose und die Überwachung des Ansprechens der Patientinnen auf die Chemotherapie gehört. Zu diesem Zweck wurden erstmals Serumproben einer afrikanischen Kohorte analysiert und N-Glykan-Signaturen identifiziert, die im Vergleich zu CA125 eine höhere Genauigkeit bei der EOC-Diagnose und der Überwachung des Ansprechens auf die Chemotherapie aufweisen. Darüber hinaus wurden Kohorten afrikanischer und europäischer Ethnien analysiert, um gemeinsame IgG1/IgG2-Glykopeptid-Serumsignaturen zur Verbesserung der EOC-Diagnose zu identifizieren. Abschließend wurden die Seroprävalenzen des Humanen Immundefizienz-Virus (HIV), der Hepatitis-B- und -C-Viren (HBV und HCV) bei kenianischen EOC-Patienten ermittelt. Die Erzeugung von Glykopeptiden und die Freisetzung der N-Glykane erfolgte enzymatisch. Danach wurden diese gereinigt und mittels MALDI-TOF-MS gemessen. Fünfundzwanzig N-Glykan-Signaturen korrelierten mit einem Ansprechen auf die Chemotherapie. Darunter waren 17 Strukturen mit m/z-Werten <3600, die auf ein frühes Ansprechen auf die Chemotherapie hinwiesen, und weitere acht Strukturen mit m/z-Werten >3600, die auf ein spätes Ansprechen hinwiesen. Die Analyse der IgG1/IgG2-Glykopeptide ergab spezifische altersabhängige, ethnienübergreifende Glykopeptid-Signaturen für EOC-Patientinnen. Für Patientinnen im Alter von 18-48 Jahren wurden drei IgG1- und fünf IgG2-Glykopeptide identifiziert, wohingegen für Patientinnen im Alter von ≥ 49 Jahren sieben IgG1- und vier IgG2-Glykopeptide festgestellt wurden. Bei den OC-Patientinnen wurden Seroprävalenzen von 29,1 % (HBV), 26,7 % (HIV) und 1,2 % (HCV) bestimmt. Die N-Glykan- und IgG1/IgG2-Glykopeptid-Signaturen zeigten eine frühzeitigere Feststellung des EOCs und eine bessere Überwachung des Ansprechens auf die Chemotherapie als CA125 allein. Die hohe HBV- und HIV-Positivität bei kenianischen OC-Patientinnen machte eine Routineuntersuchung für eine optimale Behandlung erforderlich.