Analysis of Mucin glycoprotein expression in colorectal cancer

Abstract

Colorectal cancer is a global problem and one of the leading causes of cancer-associated deaths. It is diagnosed with standard classification based on the tumour node metastasis classification system provided by the Union for International Cancer Control and the American Joint Committee on Cancer. In many cases, colorectal cancer is detected in advanced stages, and the prognosis is usually less favourable compared to if the cancer had been diagnosed in earlier stages. Although clinicopathological staging predicts the patient’s survival relatively well, some patients would benefit from more precise estimation. Thus, there is a need for finding novel prognostic markers to advise treatment decisions towards personalized medicine. In this thesis, the expression of mucins in colorectal cancer was studied. Mucins are glycoproteins that have essential roles in epithelial tissues, such as cell signalling and the formation of protective barriers. Aberrant expression of some mucins in colorectal cancer is found to be associated with cancer progression. In this work, the expression of five mucins: MUC1, MUC2, MUC4, MUC5AC and MUC6 was analysed. The expression was studied using immunohistochemistry staining. Associations between mucins and clinicopathological factors and colorectal cancer survival were assessed. MUC1 protein was the most prominent factor related to the prognosis, and higher cytoplasmic expression of MUC1 was associated with worse survival in multiple analyses. In addition, higher cytoplasmic expression of MUC4 was associated with worse survival. These results indicate that MUC1 and MUC4 could be considered prognostic markers in colorectal cancer. In addition, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy was used to determine whether the normal colon and cancerous tissue could be distinguished based on spectra. Spectroscopic analysis was conducted for normal colon, mucinous colorectal cancer, and colorectal cancer. Some differences in the spectra between tissue types were detected. This study demonstrated that FTIR spectroscopy could be potentially used for cancer research. However, as a diagnostic method, FTIR spectroscopy needs further validation.

Suolistosyöpä eli paksu- ja peräsuolen syöpä on maailmanlaajuinen taakka terveydenhuollolle ja yksi suurimmista syöpäkuolemien aiheuttajista. Suolistosyövät diagnosoidaan usein jo edenneissä syövän vaiheissa ja ennuste on merkittävästi huonompi, kuin jos syöpä havaittaisiin varhaisessa vaiheessa. Syöpä diagnosoidaan tiettyjen standardien perusteella ja usein potilaat samankaltaisilla diagnooseilla hyötyisivät erilaisista hoitomuodoista. Nämä havainnot perustelevat tarpeen löytää uusia ennustemerkkejä, joita voitaisiin hyödyntää suolistosyöpäpotilaan ennusteen ja hoidon yksilöllisestämisessä. Tässä työssä tutkittiin musiinien merkitystä suolistosyövissä, sillä joidenkin niistä on havaittu ilmenevän suolistosyövissä poikkeavasti ja olevan yhteydessä syövän kehitykseen. Musiinit ovat glykoproteiineja, joilla on useita tehtäviä normaalissa suolistossa. Kuten solunsignaloinnissa sekä suojaavina tekijöinä epiteelisolujen pinnalla. Työssä tutkittiin MUC1, MUC2, MUC4, MUC5AC ja MUC6 proteiinien yhteyttä ennusteeseen ja kliinispatologisiin muuttujiin. MUC-proteiinien ilmenemistä analysoitiin värjäämällä syövän kudosnäytteitä immunohistokemiallisesti. MUC1 proteiinin korkean ilmenemisen solulimassa havaittiin olevan yhteydessä huonompaan ennusteeseen useissa eri analyyseissa. Myös MUC4 proteiinin korkean ilmenemisen solulimassa havaittiin olevan yhteydessä huonompaan ennusteen. Nämä tulokset viittaavat MUC1 ja MUC4 proteiinien ilmentymisen olevan mahdollisia ennustetekijöitä, joita voitaisiin hyödyntää lisänä suolistosyöpäpotilaan ennusteen arvioinnissa. Näiden tutkimusten lisäksi Fourier-muunnos infrapuna (FTIR) spektroskopiaa tutkittiin mahdollisena työkaluna syöpätutkimuksessa. Tavoitteena oli selvittää, voidaanko FTIR spektroskopiaa hyödyntäen erottaa syöpäkudos normaalista kudoksesta. Spektroskooppinen analyysi tehtiin normaalin, suolistosyövän ja musinoottisen syöpäkudoksen välillä. Eroja eri kudostyyppien spektreissä pystyttiin havainnoimaan, mikä viittaa FTIR spektroskopian hyödyllisyyteen syöpädiagnostiikassa. Tämän tutkimuksen tulokset ovat kuitenkin vain osoitus potentiaalisesta työkalusta syöpädiagnostiikassa ja menetelmä vaatii vielä runsaasti lisää tutkimuksia.