Methylation and Molecular Analysis of Ependymoma in association with Location and Age

Abstract

뇌실막종은 중추신경에 발생하는 종양으로, 소아에서는 주로 두개내에, 성인에서는 척추와 두개내에 발생한다. 세계보건기구 지침에 따르면, 뇌실막종의 예후에는 환자의 나이, 종양의 절제 범위, 종양의 위치 및 조직병리학적 등급이 고려인자로 작용한다고 하였다. 하지만 최근 발표된 연구에서는 종양의 위치와 환자의 나이에 중점을 두어 유전자전사적 (transcriptomic), 유전적, 그리고 후생유전학적 분석을 시행하여 WHO 등급보다 더 정확한 임상적 예후를 예측할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 성인환자 9례, 소아환자 4례로 구성된 한국인 환자의 원발성 두개내 뇌실막종을 대상으로 Infinium HumanMethylation450 BeadChip array를 이용하여 종양의 위치와 환자의 나이에 따른 메틸화 정도와 관련 유전자를 밝히려 하였다. 신경발생과 신경 분화에 관련된 유전자들이 성인에서 과메틸화 표현형을 보였고, 후뇌 발달 경로의 HOX 유전자 활성화 유전자들이 천막상 그룹에서 과메틸화 표현형을 보였다. 또한 전장엑솜시퀀싱 (whole exome sequencing), 포괄적 암패널과 RNA 시퀀싱 분석을 하여 체세포 돌연변이, 복제수변이 (copy number variation) 및 융합유전자들을 찾았다. 이를 통해 소수의 체세포 돌연변이들과 새로운 융합유전자들을 찾아내었고, 이전 연구에서와 같이 예후가 좋은 한 소아 환자에서 YAP1 융합을 관찰하였다. 이러한 포괄적인 분석들을 이용하여 종양의 위치와 환자 나이에 따라 유의하게 차이를 보이는 종양특이 유전자 발현을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통하여 두개내 뇌실막종의 후생학적 및 유전학적 특성에 대한 값진 통찰을 제공하였고, 위치와 나이에 입각한 정확한 뇌실막종 관련 예후 인자를 찾아 잠재적 치료전략을 모색하는데 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대 된다.

Ependymomas are tumors of the central nervous system (CNS) that occur in patients of all ages. Important parameters of the World Health Organization (WHO) guidelines to improve the prognosis of CNS-related tumors such as ependymomas include patient age, tumor resection range, tumor location, and histopathology grade. However, recent studies suggest that more focus on tumor location and patient age in relation to transcriptomics, genetics, and epigenetics can provide a more accurate assessment of clinical prognosis compared to adoption of the WHO-delegated grading scheme alone. In this study, we collected primary intracranial ependymoma tumor tissues from 13 Korean patients (nine adults and four children), and performed whole-exome sequencing, analysis of an ion-proton comprehensive cancer panel, RNA sequencing, and methylation analysis with the Infinium HumanMethylation450 BeadChip array to identify somatic mutations, copy number variations, and fusion genes, and determine the methylation status and associated genes exhibiting significant differential expression according to variations in tumor location and patient age. We found some somatic mutations with a YAP1 fusion in a pediatric patient with a good prognosis, in agreement with a previous study, as well as a few novel gene fusions. However, methylation microarray revealed a novel finding: genes associated with neurogenesis and neuron differentiation were significantly hypermethylated in the adult group and genes activated in the HOX genes related to the hindbrain development pathway were significantly hypermethylated in the supratentorial location group. Our collective results from these analyses confirmed the existence of significant differential expression in tumor-specific genes according to tumor location and patient age. These results provide valuable insight into the epigenetic and genetic profiles of intracranial ependymomas and suggest potential novel treatment strategies based on location- and age-based ependymoma-related prognostic factors.