Ο καρκίνος του πνεύμονα είναι η πιο συχνή αιτία θανάτου από καρκίνο παγκοσμίως. Είναι γνωστό ότι ο καρκίνος του πνεύμονα είναι διαδικασία πολλαπλών σταδίων, στην οποία ενέχονται γενετικοί και επιγενετικοί μηχανισμοί. Ενεργοποίηση ογκογονιδίων συμβαίνει σε όλους τους βρογχοπνευμονικούς καρκίνους με αποτέλεσμα την αύξηση των μιτογόνων σημάτων. Στον καρκίνο του πνεύμονα τα πιο συχνά ενεργοποιημένα ογκογονίδια είναι τα EGFR, ERbB2, MYC, KRAS, MET, CCND1, CDK4, EML4-ALK fusion, και BCL2. Επίσης, η απώλεια ογκοκατασταλτικών γονιδίων είναι ιδιαίτερα σημαντική στην πνευμονική καρκινογένεση και είναι συνήθως αποτέλεσμα απενεργοποίησης και των δυο αλληλόμορφων. Συχνά απενεργοποιημένα ογκοκατασταλτικά γονίδια στον καρκίνο του πνεύμονα είναι TP53, RB1, STK11, CDKN2A, FHIT και PTEN. Οι επιγενετικοί μηχανισμοί περιλαμβάνουν την μεθυλίωση του DNA, την τροποποίηση των ιστονών και τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης μέσω των microRNAs. Τα microRNAs είναι μικρά, μη κωδικοποιούντα μόρια RNA που εμπλέκονται στην αρνητική μετα-μεταγραφική ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων. Μελέτες έχουν αποδείξει το ρόλο των miRNAs στην φυσιολογική πνευμονική ανάπτυξη και ομοιόσταση αλλά και τον ενεργό ρολό τους στην παθογένεια πνευμονικών νοσημάτων όπως είναι ο καρκίνος του πνεύμονα. Η δημιουργία ωρίμων, λειτουργικών microRNAs απαιτεί τη συντονισμένη δράση μιας ομάδας πρωτεϊνών που στο σύνολο τους απαρτίζουν το μηχανισμό ρύθμισης των microRNA (microRNA machinery). Ο μηχανισμός ελέγχου των microRNA ρυθμίζει μέσω των παραγομένων microRNAs την έκφραση πολλών ογκοκατασταλτικών γονιδίων και ογκογονιδίων. Κύρια συστατικά του μηχανισμού ρύθμισης των microRNA είναι οι ριβονουκλεάσες Drosha, Dicer και AGO2. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη της κυτταρικής εντόπισης και έκφρασης των συστατικών του μηχανισμού ρύθμισης των microRNA, Drosha, Dicer και AGO2, στον μη μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα. Συγκεκριμένα, ελέγχθηκε η κυτταρική εντόπιση των Drosha, Dicer και AGO2 στις κυτταρικές σειρές καρκίνου του πνεύμονα A549, H23, H358, H661, HCC827 με τη μέθοδο του ανοσοφθορισμού. Στις ίδιες κυτταρικές σειρές, μελετήθηκαν τα κυτταρικά επίπεδα των πρωτεϊνών Drosha, Dicer και AGO2 με την μέθοδο της SDS-PAGE και του ανοσοαποτυπώματος. H έκφραση των πρωτεϊνών αυτών μελετήθηκε σε ιστολογικές τομές παραφίνης μη μικροκυτταρικού καρκίνου του πνεύμονα NSCLC με την μέθοδο της ανοσοϊστοχημείας. Επιπλέον συσχετίσαμε τα επίπεδα της ανοσοϊστοχημικής χρώσης αυτών των ριβονουκλεασών με κλινικοπαθολογοανατομικές παραμέτρους. Η παρούσα εργασία είναι η πρώτη που μελετά την κυτταρική εντόπιση της Drosha in vitro και σε ιστούς από ανθρώπινο καρκίνο του πνεύμονα. Τα επίπεδα ανοσοέκφρασης της Drosha ήταν στατιστικά χαμηλότερα στα νεοπλασματικά κύτταρα NSCLC, σε σχέση με τα φυσιολογικά. Επίσης, τα κυτταρικά επίπεδα της Drosha ήταν στατιστικά χαμηλότερα στα NSCLC σταδίου Ι σε σχέση με το φυσιολογικό ιστό. Όμως, στατιστικά σημαντική διαφορά δεν προέκυψε από την σύγκριση καρκινικών ιστών μεταξύ τους κατά ιστολογικό τύπο, στάδιο νόσου και βαθμό κακοήθειας. Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν συμμετοχή της ριβονουκλεάσης Drosha στην πνευμονική κακοήθη εξαλλαγή και στην παθογένεια του NSCLC αλλά όχι στην εξέλιξη της νόσου. Η παρούσα εργασία είναι η πρώτη που μελετά την κυτταρική εντόπιση της Dicer in vitro και σε ιστούς από ανθρώπινο καρκίνο του πνεύμονα. Τα πειράματα ανοσοϊστοχημείας, ανέδειξαν ότι τα επίπεδα ανοσοέκφρασης της Dicer ήταν στατιστικά χαμηλότερα στα NSCLC σταδίου Ι σε σχέση με το φυσιολογικό ιστό (p=0,040). Μάλιστα, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά στην ανοσοέκφραση της Dicer στην σύγκριση των τριών σταδίων μεταξύ τους (p=0,049) και αυτό το εύρημα παρουσιάζεται για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία από την παρούσα μελέτη. Όμως, τα κυτταρικά επίπεδα αυτής της πρωτεΐνης δεν σχετίζονται με τον ιστολογικό τύπο αλλά και το βαθμό της κακοήθειας. Τα ευρήματα μας αυτά εισηγούνται τη συμμετοχή της ριβονουκλεάσης Dicer στην πνευμονική καρκινογένεση και στην εξέλιξη της νόσου. Τέλος, τα κυτταρικά επίπεδα της ενδονουκλεάσης AGO2 είναι στατιστικά χαμηλότερα στα πνευμονικά νεοπλασματικά κύτταρα σε σχέση με τα φυσιολογικά. Η πρωτεϊνική έκφραση των κυτταρικών σειρών NSCLC παρουσίασε σχεδόν ομοιόμορφη κατανομή. Μάλιστα, και για την πρωτεΐνη AGO2 τα επίπεδα ανοσοέκφρασης είναι στατιστικά χαμηλότερα στα NSCLC σταδίου Ι σε σχέση με το φυσιολογικό ιστό (p=0,000). Όμως, παρατηρήθηκε ότι τα κυτταρικά επίπεδα αυτής της πρωτεΐνης δεν σχετίζονται με τον ιστολογικό τύπο, το στάδιο της νόσου αλλά και το βαθμό της κακοήθειας. Το γεγονός αυτό ενισχύει την άποψη ότι η AGO2 συμμετέχει στην παθοβιολογία του NSCLC αλλά πιθανά όχι στην εξέλιξη της νόσου. Εάν αποδειχθεί σημαντική η συμμετοχή του μηχανισμού ρύθμισης των microRNA στην παθογένεια της πνευμονικής κακοήθειας, θα υπάρξει η δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν για την δημιουργία υποομάδων («μοριακά πορτραίτα») του καρκίνου του πνεύμονα, οι οποίες να έχουν προγνωστική αλλά και θεραπευτική αξία (στοχευμένες θεραπείες). / Lung cancer is the leading cause of cancer related death worldwide. Decades of research have contributed to our understanding that lung cancer is a multistep process involving genetic and epigenetic alterations. Oncogene activation occurs in all lung cancers, resulting in persistent upregulation of mitogenic signals. In lung cancer commonly activated oncogenes are EGFR, ERbB2, MYC, KRAS, MET, CCND1, CDK4, EML4-ALK fusion, and BCL2. Loss of tumor suppressor gene (TSG) function is also important in lung carcinogenesis and usually results from silencing of both alleles. Commonly unactivated TSGs in lung cancer are TP53, RB1, STK11, CDKN2A, FHIT and PTEN. Epigenetic alterations include DNA methylation, histone modification and microRNA regulation of gene expression. MicroRNAs are small non-protein encoding RNAs, responsible for the negative post transcriptional regulation of gene expression. Studies have shown the role of microRNAs in normal pulmonary development and homeostasis but also in the pathogenesis of multiple lung diseases including lung cancer. The biogenesis of mature and functional microRNAs requires the orchestrated action of a group of proteins, collectively refered to as miRNA machinery. The miRNA machinery regulates the expression of many TSGs and oncogenes in a miRNA guided fashion. Drosha, Dicer and AGO2 are main components of the miRNA machinery. Our study adressed the cellular localization and protein levels of Drosha, Dicer and AGO2, components of the miRNA machinery, in NSCLC cell lines, and in NSCLC FFPE tissue sections. We employed immunofluorescence and Western blot analysis in five NSCLC cell lines and immunohistochemistry on FFPE NSCLC tissue sections. Staining intensity of the FFPE tissues was correlated with clinicopathological parameters. Altered Drosha cellular distribution was evident in neoplasia. The staining intensity of Drosha (p=0,03) was significantly lower in neoplastic tissues compared to normal tissues. When we compared neoplastic tissue stage I with normal tissues, Drosha’s staining intensity (p=0,002) was significantly lower. Drosha, protein levels were not significantly associated with age, tumor histology, grade or stage. Altered Dicer nuclear distribution was evident in lung neoplasia. The staining intensity of Dicer was significantly lower in neoplastic tissues stage I compared to normal tissues (p=0,04). Dicer’s protein levels in FFPE tissues were significantly associated with tumor stage (p=0,049). AGO2 excibited physiological cytoplasmic distribution in lung neoplasia. The staining intensity of AGO2 was significantly lower in neoplastic tissues compared to normal tissues (p=0,000). When we compared neoplastic tissue stage I with normal tissues, AGO2 staining intensity (p=0,000) was significantly lower. AGO2 protein levels were not significantly associated with age, tumor histology, grade or stage. Our findings provide evidence that the miRNA machinery components Drosha, Dicer and AGO2 are involved in lung carcinogenesis but only Dicer is implicated in cancer progression. The expression levels of the miRNA processing components might contribute to improved cancerous molecular portraits for achieving personalized medicine, the selection of patient-tailored treatment regimens.

Οι φυλλοειδείς όγκοι του μαστού είναι σπάνια διφασικά νεοπλάσματα, με ποικίλου βαθμό κίνδυνο για τοπική υποτροπή και μετάσταση, που αποτελούνται από επιθηλιακό και στρωματικό στοιχείο. Η επιθηλιακή προς μεσεγχυματική μετατροπή, κρίσιμης σημασίας γεγονός κατά την εμβρυογένεση, έχει φανεί ότι συμμετέχει στην παθογένεια της ίνωσης διαφόρων οργάνων καθώς και στη διηθητική και μεταστατική ικανότητα πολλών τύπων καρκινωμάτων. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση του κατά πόσον το φαινόμενο ΕΜΤ συμμετέχει στην παθογένεια των φυλλοειδών όγκων. Υλικό-Μέθοδος: Η έφραση της Ε-καντχερίνης, της β-κατενίνης και της ILK μελετήθηκε ανοσοϊστοχημικά σε δείγματα μονιμοποιημένα σε φορμόλη και εγκλεισμένα σε παραφίνη από 71 εξαιρεθέντες φυλλοειδείς όγκους, 44 καλοήθεις (62%), 20 ενδιάμεσης κακοήθειας (28%) και 7 κακοήθεις (10%). Διερευνήθηκαν συσχετίσεις με κλινικοπαθολογικές παραμέτρους όπως τον ιστολογικό τύπο των όγκων (καλοήθεις, οριακής κακοήθειας και κακοήθεις). Αποτελέσματα: Στο μη νεοπλασματικό επιθήλιο παρατηρήθηκε μεμβρανικής εντόπισης ανοσοθετικότητα για την Ε-καντχερίνη και τη β-κατενίνη και αρνητική ανοσοχρώση για την ILK. Αντίθετα, στο επιθηλιακό στοιχείο των όγκων παρατηρήθηκε μείωση της μεμβρανικής εντόπισης ανοσοθετικότητας για την Ε-καντχερίνη και τη β-κατενίνη. Η απώλεια της μεμβρανικής Ε-καντχερίνης ήταν μεγαλύτερη στους οριακής κακοήθειας και κακοήθεις όγκους (Kruskal-Wallis test p=0.000). Πυρηνικής και κυτταροπλασματικής εντόπισης ανοσοθετικότητα για την Ε-καντχερίνη και τη β-κατενίνη, καθώς και πυρηνικής και κυτταροπλασματικής εντόπισης ανοσοθετικότητα για την ILK ανιχνεύθηκαν τόσο στο επιθηλιακό όσο και στο στρωματικό στοιχείο των όγκων. Στους οριακής κακοήθειας και κακοήθεις όγκους παρατηρήσαμε στατιστικώς σημαντικά μεγαλύτερη πυρηνική/κυτταροπλασματική ανοσοθετικότητα Ε-καντχερίνης ( Kruskal-Wallis test p=0.013/p=0.006 αντίστοιχα για επιθηλιακά κύτταρα και p=0.017 για στρωματικά κύτταρα) και μεγαλύτερη πυρηνική/κυτταροπλασματική ανοσοθετικότητα για την ILK (Kruskal-Wallis test p=0.031 /p=0.012 αντίστοιχα για στρωματικά κύτταρα). Συμπέρασμα: Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν ότι μία διεργασία τύπου ΕΜΤ μπορεί να εμπλέκεται στην παθογένεια των φυλλοειδών όγκων συμβάλλοντας στην δημιουργία όγκων με πιο επιθετικό φαινότυπo. / Phyllodes breast tumors consist of epithelial and mesenchymal components. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) has been implicated in carcinogenesis. The aim of this study was to investigate whether EMT is involved in the pathogenesis of phyllodes breast tumors. Methods: E-cadherin, β-catenin and integrin-linked kinase (ILK) expression was evaluated immunohistochemically in 71 FFPE human phyllodes breast tumors (44/71 (62%) benign, 20/71 (28%) bordeline and 7/71 (10%) malignant). Correlations with tumor histopathology (benign, borderline, malignant) were investigated. Results: Non-neoplastic breast epithelium showed membranous E-cadherin and β-catenin expression and negative ILK immunoreactivity. Decreased membranous expression of E-cadherin and β-catenin in tumor epithelial component was observed. Loss of membranous E-cadherin was higher in borderline/malignant tumors (Kruskal-Wallis test p=0.000). Nuclear/cytoplasmic immunoreactivity of E-cadherin and β-catenin, as well as nuclear/cytoplasmic expression of ILK was detected in both epithelial and stromal tumor cells. We observed significantly higher nuclear/cytoplasmic immunoreactivity of E-cadherin (Kruskal-Wallis test p=0.013/p=0.006 respectively for epithelial cells and p=0.017 for stromal cells) and nuclear/cytoplasmic stromal expression of ILK (Kruskal-Wallis test p=0.031 /p=0.012 respectively) in borderline/malignant tumors. Conclusion: These results suggest that an-EMT-like process may be implicated in phyllodes breast tumors pathogenesis contributing to a more malignant phenotype.

Breast cancer is among the well-researched type compared to other common types of cancer. However, there still remain important open issues for investigation. One of these issues is the clarification of the importance of certain biological factors, such as histological tumour grade and estrogens reception (ER) status, to clinical management of the disease. Until now, histological grading and ER status assessment is based on the visual evaluation of breast tissue specimens under the microscope. More specifically, grading is determined on the visual estimation of certain histological features, on H&E (Hematoxylin & Eosin) stained specimens according to the World Health Organization (WHO) guidelines, whereas ER-status is assessed as the percentage of expressed nuclei on immunohistochemically stained (IHC) specimens as suggested by the American Society of Clinical Oncology (ASCO) protocol. Recent studies have attempted to examine whether histological tumour grade relates to ER status. Such a relation seems to be of importance in the various treatment strategies followed in breast tumours. However, the quantification of ER status presents certain weaknesses: a) there is a lack of consensus among experts regarding the protocol to be followed for calculating the ER status; b) an exact estimate of the ER status is difficult to be obtained, since the latter would require manual counting of positively expressed nuclei. In clinical practice often a gross estimate is obtained by the histopathologists through visual inspection on representative specimen areas. Consequently, the evaluation of ER status, which has been considered by previous studies as the key measure for assessing the correlation between ERs and tumour grade, is prone to the physician’s subjective estimation. Therefore, more reliable methods are needed. This thesis has been carried out in the search of such alternative, more reliable, methods. Accordingly, the aims of the present thesis are: (i) to develop a reliable segmentation methodology for detection of ER-expressed nuclei in breast cancer tissue images stained with IHC, (ii) to objectively quantify ER status in breast cancer tissue images stained with IHC, (iii) to investigate potential correlation between ER status and histological grade by combining information from IHC and H&E stained breast cancer tissue images obtained from the same patient, (iv) to establish evidence for linking chromatin texture variations with textural variations on ER-expressed nuclei, (v) to investigate the potential of the proposed hybrid supervised pattern recognition strategies to other challenging fields of medical image processing and analysis. To address the above issues and in search of reliable methods for quantitatively assessing ER status and its correlation with histological grade based, a novel hybrid (unsupervised-supervised) pattern recognition methodology has been designed, developed and implemented for the analysis of breast cancer tissue images. Moreover, it will be shown that proper modification of the proposed methodology may result to generalize pixel classification approach suitable for processing and analysis of medical images other than microscopic such as Computed Tomography Angiography images. / Σε σχέση με άλλες μορφές καρκίνου, ο καρκίνος του μαστού είναι μεταξύ των ευρέως μελετημένων τύπων καρκίνου, ωστόσο, υπάρχουν ακόμη σημαντικά ανοικτά ζητήματα προς διερεύνηση. Ένα από αυτά τα είναι ο προσδιορισμός της σπουδαιότητας ορισμένων βιολογικών παραγόντων, όπως ο βαθμός διαφοροποίησης της κακοήθειας (ΒΔΚ) του όγκου και το επίπεδο έκφρασης των Οιστρογονικών Υποδοχέων (ΟΥ), στην κλινική διαχείριση της νόσου. Μέχρι τώρα, η εκτίμηση του ΒΔΚ του όγκου και της έκφρασης των ΟΥ είναι βασισμένη στην οπτική αξιολόγηση ιστολογικών δειγμάτων, τα οποία λαμβάνονται από αντιπροσωπευτικές περιοχές του μαστού, στο μικροσκόπιο. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τις οδηγίες του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας, ο ΒΔΚ του όγκου καθορίζεται από την οπτική εκτίμηση ορισμένων ιστολογικών χαρακτηριστικών γνωρισμάτων σε ιστολογικά δείγματα που έχουν υποστεί χρώση Αιματοξυλίνης - Ηωσίνης (Heamatoxylin & Eosin-Η&Ε), ενώ σύμφωνα με τις οδηγίες της Αμερικάνικης Εταιρείας Κλινικής Ογκολογίας, η έκφραση των ΟΥ πρέπει να εκτιμάται ως το εκατοστιαίο ποσοστό των εκφρασμένων πυρήνων σε δείγματα βαμμένα με ανοσοϊστοχημικές τεχνικές (Immunohistochemistry-IHC). Πρόσφατες μελέτες έχουν προσπαθήσει να εντοπίσουν εάν υπάρχει σύνδεση μεταξύ του ΒΔΚ του όγκου και της έκφρασης των ΟΥ στον όγκο, συσχετίζοντας τον ΒΔΚ από εικόνες με χρώση H&E με τον ποσοστό των εκφρασμένων ΟΥ σε δείγματα IHC. Αυτή η συσχέτιση φαίνεται να είναι σημαντική στις διάφορες ακολουθούμενες στρατηγικές για τη θεραπεία του καρκίνου του μαστού. Εντούτοις, ο προσδιορισμός της έκφρασης των ΟΥ παρουσιάζει ορισμένες αδυναμίες: α) υπάρχει σημαντική μεταβλητότητα μεταξύ των ειδικών σχετικά με το πρωτόκολλο που ακολουθείται για τον υπολογισμό της έκφρασης των ΟΥ, β) είναι δύσκολο να εκτιμηθεί με ακρίβεια η έκφραση των ΟΥ, δεδομένου ότι θα απαιτούσε τη μέτρηση του συνόλου των θετικά εκφρασμένων πυρήνων από τον ειδικό ιστοπαθολόγο. Στην κλινική πράξη, λαμβάνεται συνήθως μια χονδρική εκτίμηση από τον ιστοπαθολόγο, μέσω μικροσκοπίου, παρατηρώντας αντιπροσωπευτικές περιοχές των δειγμάτων όπου υπάρχει μεγάλη συγκέντρωση εκφρασμένων πυρήνων σε ΟΥ. Ως εκ τούτου, η αξιολόγηση της έκφρασης των ΟΥ, που έχει θεωρηθεί από προηγούμενες μελέτες ως βασική μέτρηση για τη συσχέτιση μεταξύ ΟΥ και του βαθμού διαφοροποίησης των όγκων, είναι επιρρεπής στην υποκειμενικότητα του ειδικού. Για τον λόγο αυτό απαιτούνται πιο αξιόπιστες μέθοδοι. Η παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε σε αναζήτηση εναλλακτικών, πιο αξιόπιστων μεθόδων. Έτσι οι στόχοι της παρούσας διατριβής είναι: (i) η ανάπτυξη μιας αξιόπιστης μεθοδολογίας τμηματοποίησης ιστολογικών εικόνων μικροσκοπίας επεξεργασμένες με χρώση IHC για τον εντοπισμό των πυρήνων που εκφράζουν τους ΟΥ για την αντικειμενική ποσοτικοποίηση της έκφρασης των ΟΥ στον καρκίνο του μαστού, (ii) η διερεύνηση ενδεχόμενης σχέσης μεταξύ της έκφρασης των ΟΥ και του ΒΔΚ του όγκου, συνδυάζοντας την πληροφορία των ιστολογικών δειγμάτων, που προέρχονται από τον καρκινικό ιστό του ίδιου ασθενούς και έχουν υποστεί επεξεργασία με ανοσοϊστοχημική χρώση και με χρώση H&E, (iii) η διερεύνηση πιθανής συσχέτισης στις μεταβολές της υφής της χρωματίνης με τις μεταβολές στην υφή των πυρήνων που εκφράζουν τους ΟΥ, και (iv) η διερεύνηση της δυνατότητας της προτεινόμενης μεθοδολογίας σε άλλους τομείς επεξεργασίας και ανάλυσης ιατρικών εικόνων. Για την εκπλήρωση των ανωτέρω στόχων και σε αναζήτηση αξιόπιστων μεθόδων για την ποσοτικοποίηση της έκφρασης των ΟΥ και της σύνδεσή της με το ΒΔΚ του όγκου, σχεδιάστηκε, αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε μια νέα μεθοδολογία βασισμένη στην αναγνώριση προτύπων ημι-εποπτευόμενης μάθησης για την ανάλυση ιστοπαθολογικής εικόνας. Επιπλέον, η κατάλληλη τροποποίηση της προτεινόμενης μεθόδου μπορεί να οδηγήσει στη γενίκευση της μεθοδολογικής προσέγγισης της ταξινόμησης εικονοστοιχείων για την επεξεργασία και την ανάλυση ιατρικών εικόνων, πέρα αυτών της μικροσκοπίας, όπως εικόνες από Aγγειογραφία Υπολογιστικής Τομογραφίας.