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Methylation Profiling Identifies Stability of Isocitrate Dehydrogenase Mutation Over Time

Published online by Cambridge University Press:  12 July 2023

Mathew R. Voisin*
Affiliation:
Department of Neurosurgery, Toronto Western Hospital, University of Toronto, Toronto, ON, Canada MacFeeters Hamilton Neuro-Oncology Program, Princess Margaret Cancer Centre, University Health Network and University of Toronto, Toronto, ON, Canada
Chloe Gui
Affiliation:
Department of Neurosurgery, Toronto Western Hospital, University of Toronto, Toronto, ON, Canada
Vikas Patil
Affiliation:
MacFeeters Hamilton Neuro-Oncology Program, Princess Margaret Cancer Centre, University Health Network and University of Toronto, Toronto, ON, Canada
Andrew F. Gao
Affiliation:
Department of Laboratory Medicine and Pathobiology, Laboratory Medicine Program, University Health Network, University of Toronto, Toronto, ON, Canada
Gelareh Zadeh
Affiliation:
Department of Neurosurgery, Toronto Western Hospital, University of Toronto, Toronto, ON, Canada MacFeeters Hamilton Neuro-Oncology Program, Princess Margaret Cancer Centre, University Health Network and University of Toronto, Toronto, ON, Canada
*
Corresponding author: M. R. Voisin; Email: mathew.voisin@mail.utoronto.ca
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract:

Objective:

Isocitrate dehydrogenase (IDH) mutation status is a key diagnostic and prognostic feature of gliomas. It is thought to occur early in glioma tumorigenesis and remain stable over time. However, there are reports documenting a loss of IDH mutation status in a subset of patients with glioma recurrence. Here, we identified patients with a documented loss of IDH mutation status longitudinally and performed multi-platform analysis in order to determine if IDH mutations are stable throughout glioma evolution.

Methods:

We retrospectively identified patients from our institution from 2009 to 2018 with immunohistochemistry (IHC)-recorded IDH mutation status changes longitudinally. Archived formalin-fixed paraffin-embedded and frozen tissue samples from these patients were collected from our institution’s tumour bank. Samples were analysed using methylation profiling, copy number variation, Sanger sequencing, droplet digital PCR (ddPCR) and IHC.

Results:

We reviewed 1491 archived glioma samples including 78 patients with multiple IDH mutant tumour samples collected longitudinally. In all instances of documented loss of IDH mutation status, multi-platform profiling identified a mixture of low tumour cell content and non-neoplastic tissue including perilesional, reactive or inflammatory cells.

Conclusions:

All patients with a documented loss of IDH mutation status longitudinally were resolved through multi-platform analysis. These findings support the hypothesis that IDH mutations occur early in gliomagenesis and in the absence of copy number changes at the IDH loci and are stable throughout tumour treatment and evolution. Our study highlights the importance of accurate surgical sampling and the role of DNA methylome profiling in diagnostically uncertain cases for integrated pathological and molecular diagnosis.

Résumé :

RÉSUMÉ :

Le profilage par méthylation permet de déterminer la stabilité des mutations de l’isocitrate-déshydrogénase au fil du temps.

Objectif :

L’état des mutations de l’isocitrate-déshydrogénase (IDH) est un élément clé du diagnostic et du pronostic des gliomes. On croit que les mutations se produisent au début de la tumorigenèse des gliomes et qu’elles restent stables au fil du temps. Toutefois, la perte de cet état de stabilité des mutations de l’IDH a été documentée dans certains rapports concernant un sous-groupe de patients, au moment de la réapparition des gliomes. Il sera donc question, dans l’article, de patients chez qui la perte de cet état de stabilité des mutations de l’IDH a été documentée longitudinalement, et l’équipe a procédé à une analyse multiplateforme dans le but de déterminer si les mutations de l’IDH étaient stables tout le long de l’évolution des gliomes.

Méthode :

Il s’agit d’une étude rétrospective de dossiers de patients repérés dans la base de données de l’établissement des auteurs, de 2009 à 2018, indiquant des changements de l’état des mutations de l’IDH observés à l’immunohistochimie (IHC) et consignés longitudinalement. Des échantillons de tissu fixés au formaldéhyde et enrobés de paraffine (FFPE) et de tissu congelés provenant de ces patients ont été retirés de la banque de tissus tumoraux de l’établissement. Les échantillons ont été analysés à l’aide de diverses techniques : le profilage par méthylation, les variations du nombre de copies, le séquençage selon la méthode de Sanger, l’amplification en chaîne par polymérase numérique en gouttelettes (ddPCR) et l’IHC.

Résultats :

Ont été revus 1491 échantillons de gliome conservés, dont ceux de 78 patients présentant des mutations de l’IDH et recueillis longitudinalement. Dans tous les cas documentés de perte de cet état de stabilité des mutations de l’IDH, le profilage multiplateforme a mis en évidence la présence d’un mélange d’un faible contenu en cellules tumorales et de tissu non néoplasique, y compris de cellules périlésionnelles, réactives ou inflammatoires.

Conclusion :

L’analyse multiplateforme a permis de résoudre tous les cas de perte de cet état de stabilité des mutations de l’IDH, documentés longitudinalement. Les résultats confirment l’hypothèse selon laquelle les mutations de l’IDH se produisent au début de la gliomagenèse et que, devant l’absence de changement du nombre de copies aux différents locus de l’IDH, celles-ci sont stables tout le long du traitement et de l’évolution des tumeurs. L’étude fait donc ressortir l’importance de la qualité des prélèvements de tissu en cours de chirurgie et le rôle du profilage du méthylome de l’ADN dans les cas d’incertitude diagnostique en vue de l’intégration de résultats histopathologiques et moléculaires en pareille circonstance.

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Copyright
© The Author(s), 2023. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
Figure 0

Figure 1: Investigating discrepancies in IDH mutation status in longitudinal glioma samples. Flowchart documenting the sample and patient review for the study. a) Sanger sequencing of the IDH1 and IDH2 genes focusing on the regions directly surrounding codon 132 and 172, respectively. The presence of two peaks (arrows) demonstrates a heterozygous mutation in each of the mutated samples. b) Droplet digital PCR identification of both an IDH1 wt sample (above) and IDH1 R132H mutation (below). Black dots (bottom left) represent double negative droplets, green dots (bottom right) represent IDH wt droplets, blue dots (top left) represent IDH1 R132H mutant droplets, and orange dots (top right) represent double positive droplets. c) DKFZ CNS methylation classifier example showing the calibrated scores with the final diagnosis and the copy number variation plot generated.

Figure 1

Figure 2: Integrated molecular and pathological diagnosis of IDH discordant samples from three patients. Each discordant sample has the DKFZ methylation classifier result (a), copy number variation plot (b) and repeated IDH1 R132H antibody IHC testing of pathological tissue (c).

Figure 2

Figure 3: Reasons for IDH discordance and study conclusions. a) Reasons for discrepancies in IDH mutation status over time. b) Integrated approach between clinicians, histopathology and DNA methylation.

Figure 3

Table 1: Patient demographics and clinical course

Figure 4

Table 2: Tumour molecular testing