Molecular and Genetic Analysis of a Rare Primary Culture of Head and Neck Paraganglioma

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Head and neck paragangliomas (HNPGLs) are rare neuroendocrine tumors that originate in the parasympathetic paraganglia of the head and neck. The diagnosis of these tumors is challenging, and the therapeutic options are limited. The study of HNPGLs is fraught with challenges at every stage. One of the main problems is the absence of HNPGL cell lines in cell repositories, which is associated with the difficulty of their culturing and low division rate. In this regard, neither functional nor preclinical studies are available for this category of tumors. This significantly slows down the study of the molecular mechanisms of HNPGL pathogenesis and the development of effective therapeutic approaches. Here, we investigated the molecular genetic characteristics of the primary HNPGL culture were. Using the single-cell RNA sequencing method, expression patterns were analyzed, and cell types were annotated. The results demonstrated that the HNPGL primary culture cells were optimally divided into three clusters, had different degrees of differentiation, expressing neural tissue cell and stem cell markers. Exome sequencing revealed genetic abnormalities in the HNPGL culture, including mutations in the IGSF3, DHH, EXOSC8, SERPINA1, TYR and NQO1 genes, aneuploidy, as well as multiple chromosomal duplications and deletions. These results enhance our knowledge of the molecular genetic features of successfully cultured HNPGL tumor cells.

About the authors

A. V Snezhkina

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: leftger@rambler.ru
Moscow, Russia

M. S Fedorova

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

V. S Pavlov

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

E. A Pudova

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

I. V Katunina

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

D. V Kalinin

Vishnevsky Institute of Surgery, Ministry of Health of the Russian Federation

Moscow, Russia

A. A Kobelyatskaya

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

A. V Kudryavtseva

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Taieb D., Kaliski A., Boedeker C.C., Martucci V., Fojo T., Adler J.R. Jr., Pacak K. (2014) Current approaches and recent developments in the management of head and neck paragangliomas. Endocr. Rev. 35(5), 795–819.
  2. El-Naggar A.K., Chan J.K.C., Grandis J.R., Takata T., Slootweg P.J. (2017) WHO Classification of Head and Neck Tumours. Lyon, France: International Agency for Research on Cancer.
  3. Jochmanova I., Pacak K. (2018) Genomic landscape of pheochromocytoma and paraganglioma. Trends Cancer. 4(1), 6–9.
  4. Alrezk R., Suarez A., Tena I., Pacak K. (2018) Update of pheochromocytoma syndromes: genetics, biochemical evaluation, and imaging. Front. Endocrinol. 9, 515.
  5. Lin E.P., Chin B.B., Fishbein L., Moritani T., Montoya S.P., Ellika S., Newlands S. (2022) Head and neck paragangliomas: an update on the molecular classification, state-of-the-art imaging, and management recommendations. Radiol. Imaging Cancer. 4(3), e210088.
  6. Snezhkina A.V., Pavlov V.S., Krasnov G.S., Kalinin D.V., Pudova E.A., Stolbovskaya O.V., Dunshina A.V., Fedorova M.S., Kudryavtseva A.V. (2024) Non-susceptibility gene variants in head and neck paragangliomas. Int. J. Mol. Sci. 25(23), 12762.
  7. Jansen J.C., van den Berg R., Kuiper A., van der Mey A.G., Zwinderman A.H., Cornelisse C.J. (2000) Estimation of growth rate in patients with head and neck paragangliomas influences the treatment proposal. Cancer. 88(12), 2811–2816.
  8. Greene L.A., Tischler A.S. (1976) Establishment of a noradrenergic clonal line of rat adrenal pheochromocytoma cells which respond to nerve growth factor. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 73(7), 2424–2428.
  9. Bayley J.P., Devilee P. (2020) Advances in paraganglioma-pheochromocytoma cell lines and xenografts. Endocr. Relat. Cancer. 27(12), R433–R450.
  10. Martinelli S., Maggi M., Rapizzi E. (2020) Pheochromocytoma/paraganglioma preclinical models: which to use and why? Endocr. Connect. 9(12), R251–R260.
  11. Pfragner R., Behmel A., Smith D.P., Ponder B.A.J., Wirnsberger G., Rinner I., Porta S., Henn T., Niederle B. (1998) First continuous human pheochromocytoma cell line: KNA. Biological, cytogenetic and molecular characterization of KNA cells. J. Neurocytol. 27(3), 175–186.
  12. Lydon J.P., Ghayee H.K., Bhagwandin V.J., Stastny V., Click A., Ding L.-H., Mizrachi D., Zou Y.S., Chari R., Lam W.L., Bachoo R.M., Smith A.L., Story M.D., Sidhu S., Robinson B.G., Nwariaku F.E., Gazdar A.F., Auchus R.J., Shay J.W. (2013) Progenitor cell line (hPheo1) derived from a human pheochromocytoma tumor. PLoS One. 8(6), e65624.
  13. Stuschke M., Budach V., Klaes W., Sack H. (1992) Radiosensitivity, repair capacity, and stem cell fraction in human soft tissue tumors: an in vitro study using multicellular spheroids and the colony assay. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 23(1), 69–80.
  14. Stuschke M., Budach V., Stuben G., Streffer C., Sack H. (1995) Heterogeneity in the fractionation sensitivities of human tumor cell lines: studies in a three-dimensional model system. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 32(2), 395–408.
  15. Cama A., Verginelli F., Lotti L.V., Napolitano F., Morgano A., D’Orazio A., Vacca M., Perconti S., Pepe F., Romani F., Vitullo F., di Lella F., Visone R., Mannelli M., Neumann H.P.H., Raconi G., Paties C., Moschetta A., Tagliaferri R., Veronese A., Sanna M., Mariani-Costantini R. (2013) Integrative genetic, epigenetic and pathological analysis of paraganglioma reveals complex dysregulation of NOTCH signaling. Acta Neuropathol. 126(4), 575–594.
  16. Ahmad A., Florio R., De Lellis L., di Giacomo V., Di Marcantonio M.C., Cristiano L., Basile M., Verginelli F., Verzilli D., Ammazzalorso A., Prasad S.C., Cataldi A., Sanna M., Cimini A., Mariani-Costantini R., Mincione G., Cama A. (2017) Effects of PPARG inhibition in head and neck paraganglioma cells. PLoS One. 12(6), e0178995.
  17. Stuart T., Butler A., Hoffman P., Hafemeister C., Papalexi E., Mauck W.M. 3rd, Hao Y., Stoeckius M., Smibert P., Satija R. (2019) Comprehensive integration of single-cell data. Cell. 177(7), 1888–1902.e21.
  18. McCarthy D.J., Campbell K.R., Lun A.T., Wills Q.F. (2017) Scater: pre-processing, quality control, normalization and visualization of single-cell RNA-seq data in R. Bioinformatics. 33(8), 1179–1186.
  19. Lun A.T., McCarthy D.J., Marioni J.C. (2016) A step-by-step workflow for low-level analysis of single-cell RNA-seq data with Bioconductor. F1000Res. 5, 2122.
  20. Amezquita R.A., Lun A.T.L., Becht E., Carey V.J., Carpp L.N., Geistlinger L., Marini F., Rue-Albrecht K., Risso D., Soneson C., Waldron L., Pages H., Smith M.L., Huber W., Morgan M., Gottardo R., Hicks S.C. (2020) Orchestrating single-cell analysis with Bioconductor. Nat. Methods. 17(2), 137–145.
  21. Ji Z., Ji H. (2016) TSCAN: pseudo-time reconstruction and evaluation in single-cell RNA-seq analysis. Nucleic Acids Res. 44(13), e117.
  22. Street K., Risso D., Fletcher R.B., Das D., Ngai J., Yosef N., Purdon E., Dudoit S. (2018) Slingshot: cell lineage and pseudotime inference for single-cell transcriptomics. BMC Genomics. 19(1), 477.
  23. Poplin R., Ruano-Rubio V., DePristo M.A., Fennell T.J., Carneiro M.O., Van der Auvera G.A., Kling D.E., Gauthier L.D., Levy-Moonshine A., Roazen D., Shakir K., Thibault J., Chandran S., Whelan C., Lek M., Gabriel S., Daly M.J., Neale B., MacArthur D.G., Banks E. (2017). Scaling accurate genetic variant discovery to tens of thousands of samples. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/201178
  24. Wang K., Li M., Hakonarson H. (2010) ANNOVAR: functional annotation of genetic variants from high-throughput sequencing data. Nucleic Acids Res. 38(16), e164.
  25. Richards S., Aziz N., Bale S., Bick D., Das S., Gastier-Foster J., Grody W.W., Hegde M., Lyon E., Spector E., Voelkerding K., Rehm H.L., Committee A.L.Q.A. (2015) Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet. Med. 17(5), 405–424.
  26. Van Loo P., Nordgard S.H., Lingjærde O.C., Russnes H.G., Rye I.H., Sun W., Weigman V.J., Marynen P., Zetterberg A., Naume B., Perou C.M., Borresen-Dale A.L., Kristensen V.N. (2010) Allele-specific copy number analysis of tumors. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 107(39), 16910–16915.
  27. Arun G., Aggarwal D., Spector D.L. (2020) MALAT1 long non-coding RNA: functional implications. Noncoding RNA. 6(2), 22.
  28. Amodio N., Raimondi L., Juli G., Stamato M.A., Caracciolo D., Tagliaferri P., Tassone P. (2018) MALAT1: a druggable long non-coding RNA for targeted anti-cancer approaches. J. Hematol. Oncol. 11(1), 63.
  29. Hermsen M.A., Sevilla M.A., Llorente J.L., Weiss M.M., Grimbergen A., Allonca E., García-Inclán C., Balbin M., Suarez C. (2010) Relevance of germline mutation screening in both familial and sporadic head and neck paraganglioma for early diagnosis and clinical management. Cell. Oncol. 32(4), 275–283.
  30. Nativ O., Grant C.S., Sheps S.G., O’Fallon J.R., Farrow G.M., van Heerden J.A., Lieber M.M. (1992) The clinical significance of nuclear DNA ploidy pattern in 184 patients with pheochromocytoma. Cancer. 69(11), 2683–2687.
  31. Granger J.K., Houn H.Y. (1990) Head and neck paragangliomas: a clinicopathologic study with DNA flow cytometric analysis. South Med. J. 83(12), 1407–1412.
  32. Korpershoek E., Stobbe C.K., van Nederveen F.H., de Krijger R.R., Dinjens W.N. (2010) Intra-tumoral molecular heterogeneity in benign and malignant pheochromocytomas and extra-adrenal sympathetic paragangliomas. Endocr. Relat. Cancer. 17(3), 653–662.
  33. Powers J.F., Tischler A.S., Mohammed M., Naeem R. (2005) Microarray-based comparative genomic hybridization of pheochromocytoma cell lines from neurofibromatosis knockout mice reveals genetic alterations similar to those in human pheochromocytomas. Cancer Genet. Cytogenet. 159(1), 27–31.
  34. Hoekstra A.S., Hensen E.F., Jordanova E.S., Korpershoek E., van der Horst-Schrivers A.N., Cornelisse C., Corssmit E.P., Hes F.J., Jansen J.C., Kunst H.P., Timmers H.J., Bateman A., Eccles D., Bovée J.V., Devilee P., Bayley J.P. (2017) Loss of maternal chromosome 11 is a signature event in SDHAF2, SDHD, and VHL-related paragangliomas, but less significant in SDHB-related paragangliomas. Oncotarget. 8(9), 14525–14536.
  35. van Nederveen F.H., Korpershoek E., deLeeuw R.J., Verhofstad A.A., Lenders J.W., Dinjens W.N., Lam W.L., de Krijger R.R. (2009) Array-comparative genomic hybridization in sporadic benign pheochromocytomas. Endocr. Relat. Cancer. 16(2), 505–513.
  36. Douwes Dekker P.B., Corver W.E., Hogendoorn P.C., van der Mey A.G., Cornelisse C.J. (2004) Multiparameter DNA flow-sorting demonstrates diploidy and SDHD wild-type gene retention in the sustentacular cell compartment of head and neck paragangliomas: chief cells are the only neoplastic component. J. Pathol. 202(4), 456–462.
  37. Powers J.F., Tischler A.S. (2020) Immunohistochemical staining for SOX10 and SDHB in SDH-deficient paragangliomas indicates that sustentacular cells are not neoplastic. Endocr. Pathol. 31(3), 307–309.
  38. Wick M.R. (2000) Neuroendocrine neoplasia. Current concepts. Am. J. Clin. Pathol. 113(3), 331–335.
  39. Verginelli F., Perconti S., Vespa S., Schiavi F., Prasad S.C., Lanuti P., Cama A., Tramontana L., Esposito D.L., Guarnieri S., Sheu A., Pantalone M.R., Florio R., Morgano A., Rossi C., Bologna G., Marchisio M., D’Argento A., Taschin E., Visone R., Opocher G., Veronese A., Paties C.T., Rajasekhar V.K., Söderberg-Naucler C., Sanna M., Lotti L.V., Mariani-Costantini R. (2018) Paragangliomas arise through an autonomous vasculo-angio-neurogenic program inhibited by imatinib. Acta Neuropathol. 135(5), 779–798.
  40. Oudijk L., Neuhofer C.M., Lichtenauer U.D., Papathomas T.G., Korpershoek E., Stoop H., Oosterhuis J.W., Smid M., Restuccia D.F., Robledo M., de Cubas A.A., Mannelli M., Gimenez-Roqueplo A.P., Dinjens W.N., Beuschlein F., de Krijger R.R. (2015) Immunohistochemical expression of stem cell markers in pheochromocytomas/paragangliomas is associated with SDHx mutations. Eur. J. Endocrinol. 173(1), 43–52.
  41. Yang Y., Guo L., Yang F., Huang Q., Zhang F., Ma H., Li H., Yang K., Lou J., Liu C. (2013) Implication of tumor stem-like cells in the tumorigenesis of sporadic paraganglioma. Med. Oncol. 30(4), 659.
  42. Lotti L.V., Vespa S., Pantalone M.R., Perconti S., Esposito D.L., Visone R., Veronese A., Paties C.T., Sanna M., Verginelli F., Naucler C.S., Mariani-Costantini R. (2019) A developmental perspective on paraganglioma tumorigenesis. Cancers (Basel). 11(3), 273.
  43. Scriba L.D., Bornstein S.R., Santambrogio A., Mueller G., Huebner A., Hauer J., Schedl A., Wielockx B., Eisenhofer G., Andoniadou C.L., Steenblock C. (2020) Cancer stem cells in pheochromocytoma and paraganglioma. Front. Endocrinol. (Lausanne). 11, 79.
  44. Keith B., Simon M.C. (2007) Hypoxia-inducible factors, stem cells, and cancer. Cell. 129(3), 465–472.
  45. Fleifel D., Cook J.G. (2023) G1 dynamics at the crossroads of pluripotency and cancer. Cancers (Basel). 15(18), 4559.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».