Copy Number Variations in Neuroblastoma: Pathogenetic Role and Prognostic Impact, Detection Methods

Druy A. E., Tsaur G. A., Shorikov E. V., 
Saveliev L. I., Fechina L. G.

Regional Children's Hospital,
Research Institute of Medical Cell Technologies,
Ural State Medical University,
Yekaterinburg, Russian Federation

Abstract.

Among human malignancies neuroblastoma has unique feature: in some cases it’s prone to spontaneous regression or maturation. But on other hand it can present very aggressive tumor and become a challenge for treatment. Clinical heterogeneity of neuroblastoma is determined by genetic characteristics of the tumor cells. Copy number variations (CNV) are frequent molecular-genetic abnormalities in neuroblastoma. In current review pathogenetic and prognostic role of abnormalities of chromosomes 3, 4, 7, 9, 12, 14, 17 is discussed. Also some molecular-biology techniques for CNV detection are described.

Keywords:

neuroblastoma, copy number variations, prognosis

REFERENCES
1. Brodeur, G.M. Neuroblastoma. G.M. Brodeur, T. Sawada, Y. Tsuchida. – New York: Elsevier Science, 2000. – 21 p.
2. Cheung N.K.V. Neuroblastoma. N.K.V. Cheung, S.L. Cohn. – New York: Springer, 2005. – 189 p.
3. Abel, F. A 6-gene signature identifies four molecular subgroups of neuroblastoma. F. Abel, D. Dalevi, M. Nethander et al. Cancer Cell Int. – 2011. – Vol. 11. – P. 9-24.
4. Attiyeh, E.F. Chromosome 1p and 11q deletions and outcome in neuroblastoma. E.F. Attiyeh, W.B. London, Y.P. Mossé et al. N. Engl. J. Med. – 2005. – Vol. 353. – P. 2243-2253.
5. Brodeur, G.M. Amplification of N-myc in untreated human neuroblastomas correlates with advanced disease stage. G.M. Brodeur, R.C. Seeger, M. Schwab et al // Science. – 1984. – Vol. 224. – P. 1121-1124.
6. Druy, A.E. Prognostic significance of MYCN amplification, 1p and 11q deletions in neuroblastoma patients. A.E. Druy, G.A. Tsaur, E.V. Shorikov et al. Pediatr. – 2013. – Vol.1. – P. 41-48.
7. Breen, C.J. Coordinate deletion of chromosome 3p and 11q in neuroblastoma detected by comparative genomic hybridization. C.J. Breen, A. O’Meara, M. McDermott et al. Cancer. Genet. Cytogenet. – 2000. – Vol. 120. – P. 44-49.
8. Spitz, R. Deletions in chromosome arms 3p and 11q are new prognostic markers in localized and 4s neuroblastoma. R. Spitz, B. Hero, K. Ernestus, F. Berthold. Clin. Cancer Res. – 2003. – Vol. 9. – P. 52-58.
9. Vandesompele, J. Genetic heterogeneity of neuroblastoma studied by comparative genomic hybridization. J. Vandesompele, N. Van Roy, M. Van Gele et al. Genes Chromosomes Cancer. – 1998. – Vol. 23. – P. 141-152.
10. Vandesompele, J. Unequivocal delineation of clinicogenetic subgroups and development of a new model for improved outcome prediction in neuroblastoma. J. Vandesompele, M. Baudis, K. De Preter et al. J. Clin. Oncol. – 2005. – Vol. 23. – P. 2280-2299.
11. Crossey, P.A. Molecular genetic investigations of the mechanism of tumourigenesis in von Hippel-Lindau disease: analysis of allele loss in VHL tumours. P.A. Crossey, K. Foster, F.M. Richards et al. Hum. Genet. – 1994. – Vol. 93. – P. 53-58.
12. Crossey, P.A. Identification of intragenic mutations in the von Hippel-Lindau disease tumour suppressor gene and correlation with disease phenotype. P.A. Crossey, F.M. Richards, K. Foster et al. Hum. Molec. Genet. – 1994. – Vol. 3. – P. 1303-1308.
13. Chen, H. Semaphorin-neuropilin interactions underlying sympathetic axon responses to class 3 semaphorins. H. Chen, Z. He, A. Bagri, M. Tessier-Lavigne. Neuron. – 1998. – Vol. 21. – P. 1283-1290.
14. Shirvan, A. Semaphorins as mediators of neuronal apoptosis. A. Shirvan, I. Ziv, G. Fleminger et al. J. Neurochem. – 1999. – Vol. 73. – P. 961-971.
15. McArdle, L. Oligonucleotide microarray analysis of gene expression in neuroblastoma displaying loss of chromosome 11q. L. McArdle, M. McDermott, R. Purcell et al. Carcinogenesis. – 2004. – Vol. 25. – P. 1599-1609.
16. Tse, C. Human semaphorin 3B (SEMA3B) located at chromosome 3p21.3 suppresses tumor formation in an adenocarcinoma cell line. C. Tse, R.H. Xiang, T. Bracht, S.L. Naylor. Cancer Res. – 2002. – Vol. 62. – P. 542-546.
17. Xiang, R.H. Isolation of the human semaphorin III/F gene (SEMA3F) at chromosome 3p21, a region deleted in lung cancer. R.H. Xiang, C.H. Hensel, D.K. Garcia et al. Genomics. – 1996. – Vol. 32. – P. 39-48.
18. Shivakumar, L. The RASSF1A tumor suppressor blocks cell cycle progression and inhibits cyclin D1 accumulation. L. Shivakumar, J. Minna, T. Sakamaki et al. Molec. Cell. Biol. – 2002. – Vol. 22. – P. 4309-4318.
19. Fenton, S.L. Identification of the E1A-regulated transcription factor p120(E4F) as an interacting partner of the RASSF1A candidate tumor suppressor gene / S.L. Fenton, A. Dallol, A. Agathanggelou et al. Cancer Res. – 2004. – Vol. 64. – P. 102-107.
20. Song, M.S. The tumour suppressor RASSF1A regulates mitosis by inhibiting the APC-Cdc20 complex. M.S. Song, S.J. Song, N.G. Ayad et al. Nature Cell. Biol. – 2004. – Vol. 6. – P. 129-137.
21. Caron, H Allelic loss of the short arm of chromosome 4 in neuroblastoma suggests a novel tumour suppressor gene locus. H. Caron, P. van Sluis, R. Buschman et al. Hum. Genet. – 1996. – Vol. 97. – P. 834-837.
22. Perri, P. Weak linkage at 4p16 to predisposition for human neuroblastoma. P.Perri, L. Longo, R. Cusano et al. Oncogene. – 2002. – Vol. 54. – P. 8356-8360.
23. He, Y.W. The extracellular matrix protein mindin is a pattern-recognition molecule for microbial pathogens. Y.W. He, H. Li, J. Zhang et al. Nature Immun. – 2004. – Vol. 5. – P. 88-97.
24. Manda, R. Identification of genes (SPON2 and C20orf2) differentially expressed between cancerous and noncancerous lung cells by mRNA differential display / R. Manda, T. Kohno, Y. Matsuno et al. Genomics. – 1999. – Vol. 61. – P. 5-14.
25. Krona, C. Analysis of neuroblastoma tumour progression; loss of PHOX2B on 4p13 and 17q gain are early events in neuroblastoma tumourigenesis. C. Krona, H. Caren, R.M. Sjoberg. International Journal of Oncology. – 2008. – Vol. 32. – P. 575-583.
26. Pezzolo, A. Presence of 1q gain and absence of 7p gain are new predictors of local or metastatic relapse in localized resectable neuroblastoma. A. Pezzolo, E. Rossi, S. Gimelli et al. Neuro Oncol. – 2009. – Vol. 2. – P. 192-200.
27. Do, J.H. Genome-wide examination of chromosomal aberrations in neuroblastoma SH-SY5Y cells by array-based comparative genomic hybridization. J.H. Do, I.S. Kim, T.K. Park, D.K. Choi. Mol. Cells. – 2007. – Vol. 24. – P. 105-112.
28. Flahaut, M. Molecular cytogenetic characterization of doxorubicin-resistant neuroblastoma cell lines: evidence that acquired multidrug resistance results from a unique large amplification of the 7q21 region. M. Flahaut, A. Mühlethaler-Mottet, D. Martinet et al. Genes Chromosomes Cancer. – 2006. – Vol. 5. – P. 495-508.
29. Stallings, R.L. Are gains of chromosomal regions 7q and 11p important abnormalities in neuroblastoma? R.L. Stallings, J. Howard, A. Dunlop et al // Cancer Genet. Cytogenet. – 2003. – Vol. 140. – P. 133-137.
30. Marshall, B. Loss of heterozygosity at chromosome 9p21 in primary neuroblastomas: evidence for two deleted regions. B. Marshall, G. Isidro, A.G. Martins, M.G. Boavida. Cancer Genet. Cytogenet. – 1997. – Vol. 2. – P. 134-139.
31. Mora, J. Comprehensive analysis of the 9p21 region in neuroblastoma suggests a role for genes mapping to 9p21–23 in the biology of favourable stage 4 tumours. J. Mora, M. Alaminos, C. de Torres et al. Br. J. Cancer. – 2004. – Vol. 91. – P. 1112–1118.
32. Koh, J. Tumour-derived p16 alleles encoding proteins defective in cell-cycle inhibition. J. Koh, G.H. Enders, B.D. Dynlacht, E. Harlow. Nature. – 1995. – Vol. 375. – P. 506-510.
33. Kratzke, R.A. Immunohistochemical analysis of the p16(INK4) cyclin-dependent kinase inhibitor in malignant mesothelioma. R.A. Kratzke, G.A. Otterson, C.E. Lincoln et al // J. Nat. Cancer Inst. – 1995. – Vol. 87. – P. 1870-1875.
34. Lukas, J. Retinoblastoma-protein-dependent cell-cycle inhibition by the tumour suppressor p16. J. Lukas, D. Parry, L. Aagaard et al. Nature. – 1995. – Vol. 375. – P. 503-506.
35. Giordani, L. Two regions of deletion in 9p22- p24 in neuroblastoma are frequently observed in favorable tumors. L. Giordani, A. Iolascon, V. Servedio et al. Cancer Genet. Cytogenet. – 2002. – Vol. 1. – P. 42-47.
36. Takita, J. Deletion map of chromosome 9 and p16 (CDKN2A) gene alterations in neuroblastoma. J. Takita, Y. Hayashi, T. Kohno et al. Cancer Res. – 1997. – Vol. 57. – P. 907–912.
37. Takita, J. The p16 (CDKN2A) gene is involved in the growth of neuroblastoma cells and its expression is associated with prognosis of neuroblastoma patients. J. Takita, Y. Hayashi, T. Nakajima et al. Oncogene. – 1998. – Vol. 17. – P. 3137-3143.
38. Corvi, R. Cytogenetic evolution of MYCN and MDM2 amplification in the neuroblastoma LS tumour and its cell line. R. Corvi, L. Savelyeva, L. Amler et al. Eur. J. Cancer. – 1995. – Vol. 31. – P. 520-523.
39. Corvi, R. Non-syntenic amplification of MDM2 and MYCN in human neuroblastoma / R. Corvi, L. Savelyeva, S. Breit et al. Oncogene. – 1995. – Vol. 10. – P. 1081-1086.
40. Corvi, R. Patterns of oncogene activation in human neuroblastoma cells / R. Corvi, L. Savelyeva, M. Schwab. J. Neurooncol. – 1997. – Vol. 31. – P. 25–31.
41. Elkahloun, A.G. Molecular cytogenetic characterization and physical mapping of 12q13- q15 amplification in human cancers. A.G. Elkahloun, M. Bittner, K. Hoskins et al. Genes Chromosomes Cancer. – 1996. – Vol. 17. – P. 205-214.
42. Gisselsson, D. Differentially amplified chromosome 12 sequences in low- and high-grade osteosarcoma. D. Gisselsson, E. Palsson, M. Hoglund. Genes Chromosomes Cancer. – 2002. – Vol. 33. – P. 133-140.
43. Reifenberger, G. Amplification at 12q13–14 in human malignant gliomas is frequently accompanied by loss of heterozygosity at loci proximal and distal to the amplification site. G. Reifenberger. J. Reifenberger, K. Ichimura, V.P. Collins. Cancer Res. – 1995. – Vol. 55. – P. 731-734.
44. Van Roy, N. Identification of two distinct chromosome 12-derived amplification units in neuroblastoma cell line NGP. N. Van Roy, A. Forus, O. Myklebost et al. Cancer Genet. Cytogenet. – 1995. – Vol. 82. – P. 151-154.
45. Su, W.T. Positional gene expression analysis identifies 12q overexpression and amplification in a subset of neuroblastomas. W.T. Su, M. Alaminos, J. Mora et al. Cancer Genet. Cytogenet. – 2004. – Vol. 154. – P. 131-137.
46. Longo, L. Genetic predisposition to familial neuroblastoma: identification of two novel genomic regions at 2p and 12p. L. Longo. E. Panza, F. Schena et al. Hum. Hered. – 2007. – Vol. 63. – P. 205-211.
47. Thompson, P.M. Loss of heterozygosity for chromosome 14q in neuroblastoma. P.M. Thompson, B.A. Seifried, S.K. Kyemba et al. Med. Pediatr. Oncol. – 2001. – Vol. 36. – P. 28-31.
48. Gattolliat, C.H. Expression of miR-487b and miR-410 encoded by 14q32.31 locus is a prognostic marker in neuroblastoma. C.H. Gattolliat, L. Thomas, S.A. Ciafrè et al. Br. J. Cancer. – 2011. – Vol. 9. – P. 1352-1361.
49. Baksh, S. The tumor suppressor RASSF1A and MAP-1 link death receptor signaling to Bax conformational change and cell death. S. Baksh, S. Tommasi, S. Fenton et al. Molec. Cell. – 2005. – Vol. 18. – P. 637-650.
50. Tan, K.O. MAP-1, a novel proapoptotic protein containing a BH3-like motif that associates with Bax through its Bcl-2 homology domains. K.O. Tan, K.M.L. Tan, S.L. Chan et al. J. Biol. Chem. – 2001. – Vol. 276. – P. 2802-2807.
51. Combaret, V. Determination of 17q Gain in Patients With Neuroblastoma by Analysis of Circulating DNA. V. Combaret, S. Brejon, I. Iacono et al. Pediatr. Blood Cancer. – 2011. – Vol. 56. – P. 757–761.
52. Bown, N. Gain of chromosome arm 17q and adverse outcome in patients with neuroblastoma. N. Bown, S. Cotterill, M. Lastowska et al. N. Engl. J. Med. – 1999. – Vol. 340. – P. 1954-1961.
53. Schleiermacher, G. Segmental chromosomal alterations have prognostic impact in neuroblastoma: a report from the INRG project. G. Schleiermacher, V. Mosseri, W.B. London et al. Br. J. Cancer. – 2012. – Vol. 107. – P. 1418-1422.
54. Baxter, J. Positive supercoiling of mitotic DNA drives decatenation by topoisomerase II in eukaryotes. J. Baxter, N. Sen, V. Lopez Martinez et al. Science. – 2011. – Vol. 331. – P. 1328-1332.
55. Dykhuizen, E.C. BAF complexes facilitate decatenation of DNA by topoisomerase II-alpha. E.C. Dykhuizen, D.C. Hargreaves, E.L. Miller et al. Nature. – 2013. – Vol. 497. – P. 624-627.
56. Mondal, N. DNA topoisomerase II-alpha is required for RNA polymerase II transcription on chromatin templates. N. Mondal, J.D. Parvin. Nature. – 2001. – Vol. 413. – P. 435-438.
57. Adida, C. Prognostic significance of survivin expression in diffuse large B-cell lymphomas. C. Adida, C. Haioun, P. Gaulard et al. Blood. – 2000. – Vol. 96. – P. 1921-1925.
58. Grossman, D. Inhibition of melanoma tumor growth in vivo by survivin targeting. D. Grossman, P.J. Kim, J.S. Schechner, D.C. Altieri. Proc. Nat. Acad. Sci. – 2001. – Vol. 98. – P. 635-640.
59. Wurl, P. Co-expression of survivin and TERT and risk of tumour-related death in patients with soft-tissue sarcoma. P. Wurl, M. Kappler, A. Meye et al. Lancet. – 2002. – Vol. 359. – P. 943-945.
60. Li, F. Control of apoptosis and mitotic spindle checkpoint by surviving. F. Li, G. Ambrosini, E. Chu et al. Nature. – 1998. – Vol. 396. – P. 580-584.
61. Speliotes, E.K. The survivin-like C. elegans BIR-1 protein acts with the Aurora-like kinase AIR-2 to affect chromosomes and the spindle midzone. E.K. Speliotes, A. Uren, D. Vaux, H.R. Horvitz. Molec. Cell. – 2000. – Vol. 6. – P. 211-223.
62. Genetic passport is base for the individual and predictive medicine. Edited by V.S. Baranov – St. Petersburg: N-L, 2009. – 54 p.
63. Glick, B. Molecular biotechnology. Principles and applications. B. Glick, J. Pasternak. – Moscow.: Mir, 2002. – 589 P.
64. Ambros, P.F. International consensus for neuroblastoma molecular diagnostics: report from the International Neuroblastoma Risk Group (INRG) Biology Committee. P.F. Ambros, I.M. Ambros, G.M. Brodeur et al. Br. J. Cancer. – 2009. – Vol. 100. – P. 1471-1482.
65. Caron, H. Allelic loss of chromosome 1p as a predictor of unfavorable outcome in patients with neuroblastoma. H. Caron, P. van Sluis, J. de Kraker et al. N. Engl. J. Med. – 1996. – Vol. 334. – P. 225-230.
66. Cohn, S.L. The International Neuroblastoma Risk Group (INRG) classification system: an INRG Task Force report. S.L. Cohn, A.D. Pearson, W.B. London et al. J. Clin. Oncol. – 2009. – Vol. 2. – P. 289-297.
67. Guo, C. Allelic deletion at 11q23 is common in MYCN single copy neuroblastomas. C. Guo, P.S. White, M.J. Weiss et al. Oncogene. – 1999. – Vol. 35. – P. 4948-4957.
68. Maris, J.M. Significance of chromosome 1p loss of heterozygosity in neuroblastoma. J.M. Maris, P.S. White, C.P. Beltinger et al. Cancer Res. – 1995. – Vol. 55. – P. 4664-4669.
69. Ohtsu, K. Clinical investigation of neuroblastoma with partial deletion in the short arm of chromosome 1. K. Ohtsu, E. Hiyama, T. Ichikawa et al. Clin. Cancer Res. – 1997. – Vol. 7. – P. 1221-1228.
70. Pession, A. The prognostic effect of amplification of the MYCN oncogene in neuroblastoma. The preliminary results of the Italian Cooperative Group for Neuroblastoma (GCINB). A. Pession, B. De Bernardi, P. Perri et al. Pediatr. Med. Chir. – 1994. – Vol. 16. – P. 211-218.
71. Raschellà, G. Expression of B-myb in neuroblastoma tumors is a poor prognostic factor independent from MYCN amplification. G. Raschellà, V. Cesi, R. Amendola et al. Cancer Res. – 1999. – Vol. 59. – P. 3365-3368.
72. Tonini, G.P. MYCN oncogene amplification in neuroblastoma is associated with worse prognosis, except in stage 4s: the Italian experience with 295 children. G.P. Tonini, L. Boni, A. Pession et al. J. Clin. Oncol. – 1997. – Vol. 15. – P. 85-93.
73. Anderson, J. Rapid and accurate determination of MYCN copy number and 1p deletion in neuroblastoma by quantitative PCR. J. Anderson, S. Gibson, D. Williamson et al. Pediatr. Blood Cancer. – 2006. – Vol. 46. – P. 820-824.
74. Ambros, I.M. A Multilocus technique for risk evaluation of patients with neuroblastoma. I.M. Ambros, B. Brunner, G. Aigner et al. Clin Cancer Res. – 2011. – Vol. 17. – P. 792-804.
75. Schwab, M. Amplified MYCN in human neuroblastoma: paradigm for the translation of molecular genetics to clinical oncology. M. Schwab. Ann. N.Y. Acad. Sci. – 2002. – Vol. 963. – P. 63-73.
76. Ambros, P.F. Intratumoural heterogeneity of 1p deletions and MYCN amplification in neuroblastomas. P.F. Ambros, I.M. Ambros, R. Kerbl et al. Med. Pediatr. Oncol. – 2001. – Vol. 36. – P. 1–4.
77. Theissen, J. Heterogeneity of the MYCN oncogene in neuroblastoma. J. Theissen, M. Boensch, R. Spitz et al. Clin. Cancer Res. – 2009. – Vol. 15. – P. 2085–2090.
78. Layfield, L.J. Assessment of NMYC amplification: a comparison of FISH, quantitative PCR monoplexing and traditional blotting methods used with formalin-fixed, paraffin-embedded neuroblastomas. L.J. Layfield, C. Willmore-Payne, H. Shimada, J.A. Holden. Anal. Quant. Cytol. Histol. – 2005. – Vol. 1. – P. 5-14.
79. Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA). General Protocol. Instructions for use. MRC –Holland. – 2012. – P. 1-14.

Аuthors
Druy Alexander E. 
tsaur@mail.ru
MD, Director of Molecular Biology Laboratory, Pediatric Oncology and Hematology Center of Regional Children’s Hospital No. 1, Junior researcher at Laboratory of Cell therapy of Oncohematological disorders, Research Institute of Medical Cell Technologies
Tsaur Grigory A. 
tsaur@mail.ru
MD PhD, Director of Molecular Biology Laboratory, Pediatric Oncology and Hematology Center of Regional Children’s Hospital No. 1, Doctor of Laboratory Medicine at Laboratory of Cell therapy of Oncohematological disorders, Research Institute of Medical Cell Technologies, lecturer at Chair of Laboratory Medicine, Ural State Medical University
Saveliev Leonid I. 
sav7000@yandex.ru
MD PhD Head of Laboratory department, Pediatric Oncology and Hematology Center of Regional Children’s Hospital No. 1, Senior Researcher at Laboratory of Cell therapy of Oncohematological disorders, Research Institute of Medical Cell Technologies, Associate Professor at Chair of Laboratory Medicine, Ural State Medical University
Shorikov Egor V. 
egor.shorikov@mail.ru
MD PhD Head of pediatric Oncology Ward, Pediatric Oncology and Hematology Center of Regional Children’s Hospital No. 1, Pediatric Oncologist at Laboratory of Cell therapy of Oncohematological disorders, Research Institute of Medical Cell Technologies
Fechina Larisa G. 
childrens_oncology@mail.ru
MD PhD, Head Physician deputy, Head of Pediatric Oncology and Hematology Center of Regional Children’s Hospital No. 1, Head of Laboratory of Cell therapy of Oncohematological disorders, Research Institute of Medical Cell Technologies
Russian Federation, 620149, Yekaterinburg, S. Deryabina street 32