Identification of circular rnas as biomarkers in HEAD and neck cancer cells and investigation of the effects of radiotherapy on these biomarkers

Amaç: Baş-boyun kanserleri dünya genelinde en sık görülen altıncı sıradaki kanser olmakla beraber, hastaların 5 yıllık sağ kalım oranları sadece %40-50 arasındadır. Baş-boyun kanserlerinde erken tanıya olanak sağlayacak, tedavi seçeneklerini değiştirecek, nüks ya da prognoz tayininde kullanılabilecek biyobelirteç bulunmamaktadır. Baş-boyun kanserlerinde de erken tanı, uygulanacak tedavi için önem arz etmektedir ve kanserin erken teşhisi uzun dönem sağ kalımda büyük önem taşımaktadır. Bu bağlamdan yola çıkarak günümüzde tüm kanserler için umut verici biyobelirteçler olarak araştırılan halkasal RNA (circRNA) moleküllerinin, baş-boyun kanser hücrelerinde ifade düzeylerinin ve bununla birlikte radyasyonun circRNA'lar üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlandı. Gereç ve Yöntemler: Bu amaç kapsamında, in vitro koşullarda faringeal kanser (Detroit-562) hücre ve sağlıklı akciğer fibroblast (WI-38) hücre hattı kullanıldı. Kanser (Detroit-562) hücre hattına radyasyon uygulandı. Üç hücre hattında, circRNA moleküllerinin ekspresyon düzeyleri karşılaştırmalı olarak Revers-Transkriptaz kantitatif PCR (RT-qPCR) yöntemi kullanılarak araştırıldı. Ekspresyon seviyeleri anlamlı derecede farklılık gösteren circRNA'ların biyoinformatik analizleri gerçekleştirildi. Bulgular: Çalışma kapsamında araştırılan 122 adet circRNA genlerinden, 62 adet farklı circRNA geninin hücre hatlarının en az birinde eksprese olduğu, 60 adet circRNA geninin ise hiçbir hücre hattında ifade edilmediği tespit edildi. Bunlardan, 33 adet circRNA geninin sadece sağlıklı hücre hattında, 4 tanesinin sadece ışınlanan kanser hücrelerinde ve 1 tanesinin de sadece kanser hücrelerinde eksprese olduğu tespit edildi. Işınlanan ve ışınlanmayan kanser hücrelerinde ekspresyonu ortak olan 2 adet circRNA saptanırken, kanser ve sağlıklı hücre hatlarında 3, ışınlanan kanser ve sağlıklı hücrelerde ise 12 adet circRNA molekülü bulundu. Tüm hücre hatlarında ekspresyonu ortak olan ise 7 adet circRNA molekülü tespit edildi. Sonuç: Gen ekspresyon seviyeleri anlamlı seviyede farklı olan circRNA'lar tanı ve/veya tedavide kullanılabilecek potansiyel biyobelirteç adayları olarak belirlendi. Özellikle bunlardan; • Sadece kanser hücre hattında eksprese olduğu saptanan hsa_circ_0000649 geninin hem sağlıklı hücre hattında hem de ışınlama sonrası kanser hücre hattında eksprese olmaması, bu circRNA'nın tanı ve tedaviye yönelik potansiyel bir biyobelirteç adayı olabileceğini düşündürmektedir. • Kanser hücre hattı ve sağlıklı hücre hattında ortak olarak eksprese olan genlerden hsa_circ_0046263 ve hsa_circ_0001368 genlerinin ifade düzeylerinin özellikle baş-boyun kanser hücre hattında yüksek ölçüde anlamlı olarak bulunması, bu genlerin tanısal biyobelirteç olma potansiyelleri olduğunu düşündürmektedir. • Işınlanan kanser hücre hattı ve sağlıklı hücre hattında ortak olarak eksprese olan circRNA genlerinin, kanser hücre hattında ekspresyonunun bulunmaması, bu genlerin ışınlamadan sonra saptanması ve sağlıklı hücre hatlarında da eksprese edilmesi, ışın tedavisinin kanserden-sağlıklı hücrelere bir transformasyon gerçekleştirebileceğini düşündürmektedir. Bununla beraber bu genlerin ekspresyon seviyelerinin sağlıklı hücrelerdekinden daha yüksek olarak tespit edilmesi de ışın tedavisinin hücrelerde oluşturduğu etkiler kapsamında değerlendirilmektedir. • Tüm hücre hatlarında ortak olarak ifade edilen circRNA'ların kanser hücre hattındaki ekspresyon miktarlarının sağlıklı hücrelere göre anlamlı seviyede yüksek olmaları ve ışınlamadan sonra ise kanser hücrelerinde bu circRNA ekspresyonlarının azalarak sağlıklı hücrelere yakınsamaları, bu circRNA'ların tanı ve tedavi kapsamında değerlendirilebileceğini düşündürmektedir. • Sadece ışınlama sonrasında ekspresyonları tespit edilen circRNA'lar (hsa_circ_0000461, hsa_circ_0088018) ise, radyasyonun circRNA'lar veya hücreler üzerinde yarattığı farklı etkilerden kaynaklanabileceğini düşündürmektedir. • Çalışma kapsamında potansiyel biyobelirteç adayları olarak saptanan circRNA moleküllerinin, tümör belirteçleri olarak baş ve boyun kanserlerinin erken tanı ve takibinde kullanılabilmeleri ve radyosensitivite/radyorezistans mekanizmasındaki rollerinin tam olarak anlaşılabilmeleri için, bu circRNA'ların hem hasta doku ve/veya sıvı örneklerinde hemde in-vivo çalışmalarla desteklenmesi gerektiğini düşünmekteyiz.
Objective: The head and neck cancers are the sixth most common type of cancer worldwide. However, the 5-year survival rate of patients lies by between 40-50 %. There is no biomarker that enables early diagnosis, changes treatment options, and can be used in the early detection of recurrence or prognosis for head and neck cancers. As with all cancers, early detection plays an important role in the treatment of head and neck cancer, and early detection of cancer is of great importance for long-term survival. According to this background, the expression level of circular RNA (circRNA) molecules, which are currently being investigated as promising biomarkers for all types of cancer, in head and neck cancer cells, and the effects of radiation on circRNAs will be investigated. Material and Methods: For this purpose, under the vitro conditions, comparative expression levels of circRNA molecules using a throat cancer cell line (Detroit-562), an irradiated cancer cell line (Detroit-562), and a healthy lung fibroblast cell line (WI-38) was investigated. The real-time quantitative PCR method PCR (RT-qPCR) was used for this study. Bioinformatic analyzes of circRNAs with significantly different expression levels were carried out. Results: A total of 122 circRNA genes were examined in this study. As a result, it was found that 62 different circRNA genes were expressed in at least one of the cell lines. In addition, 60 circRNA genes were not expressed in any of the cell lines. Of these, 33 circRNA genes were only expressed in healthy cell lines, 4 only in irradiated cancer cells and 1 only in cancer cells. Two circRNAs with a common expression were detected in irradiated and non-irradiated cancer cells. In addition, 3 circRNA molecules were found in cancer cells and healthy cell lines and 12 in irradiated cancer cells and healthy cells. The common expression in all cell lines was detected in 7 circRNA molecules. Conclusion: CircRNAs with significantly different gene expression levels have been identified as potential biomarker candidates that can be used in diagnosis and / or treatment. • The fact that the hsa_circ_0000649 gene, which was only expressed in the cancer cell line, was not expressed in either the healthy cell line or the cancer cell line after irradiation, suggests that this circRNA could be a potential biomarker candidate for diagnosis and treatment. • The fact that the expression levels of the genes hsa_circ_0046263 and hsa_circ_0001368, which are commonly expressed in cancer cell lines and healthy cell lines, especially in head and neck cancer cell lines, suggests that these genes have diagnostic potential as biomarkers. • It suggests that radiation can transform cancer cells into healthy cells. The main reasons for this are the findings such as the lack of expression of circRNA genes, which are expressed jointly in the irradiated cancer cell line and the healthy cell line in the cancer cell line, that these genes are detected after irradiation and also in healthy cell lines. In the context of the effects of radiation therapy on cells, the detection of higher expression levels of these genes than in healthy cells is considered. • It was observed that the expression levels of circRNAs expressed in all cell lines in cancer cell lines were significantly higher than in healthy cells. Furthermore, it has been observed that these circRNA expressions decreased in cancer cells after irradiation and converged to healthy cells, suggesting that these circRNAs can be evaluated in the context of diagnosis and treatment. • The circRNAs whose expressions were only detected after irradiation (hsa_circ_0000461, hsa_circ_0088018) suggest that they can be caused by different radiation effects on circRNAs or cells. • With the reference from this study, circRNA's were identified as potential biomarker candidates so that they can be used as tumor markers in the early detection and treatment of head and neck tumors and also provide a complete understanding of the mechanisms of radiation sensitivity / radiation resistance. We believe that these circRNAs should be supported by patient tissue and / or fluid samples as well as by in vivo studies.