Spectroscopic analysis of acute lymphoblastic leukemia bearing MLL gene rearrangement

Ostre białaczki to wysoce heterogenna grupa chorób krwi wieku dziecięcego o gwałtownym przebiegu. Ostra białaczka limfoblastyczna (ALL, ang. acute lymphoblastic leukemia) z rearanżacją genu MLL (ang. Mixed Lineage Leukemia), nazywanego również KMT2A, występuje w 5-8% przypadków ALL i stanowi niekorzystny czynnik prognostyczny. W ostatnich latach nastąpił znaczny rozwój metod diagnostycznych, umożliwiających wykrywanie i monitorowanie rozwoju chorób nowotworowych. Spektroskopia ramanowska jest techniką analityczną, dostarczającą informacji o strukturze molekularnej cząsteczek. Unikalny profil spektroskopowy próbek biologicznych, pozwala na określenie różnic w ich składzie biochemicznym oraz precyzyjne odróżnienie komórek zmienionych nowotworowo od zdrowych. Celem niniejszej pracy było rozróżnienie komórek nowotworowych reprezentujących ALL z rearanżacją genu MLL od prawidłowych limfocytów B z wykorzystaniem spektroskopii ramanowskiej. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem dwóch linii komórkowych B-komórkowej białaczki ALL (tj. SEM-K2 oraz RS4;11) obarczonych rearanżacją t(4;11) w obrębie genu MLL, przy użyciu lasera o długości fali wzbudzenia 532 nm i 633 nm. Otrzymane widma ramanowskie zostały poddane analizie składowych głównych (PCA, ang. principal component analysis) w celu zredukowania liczby zmiennych niezbędnych do opisu trendów występujących w badanym układzie. Analiza profilu spektralnego badanych linii komórkowych nie wykazała znaczących różnic na poziomie biochemicznym pomiędzy komórkami linii SEM-K2 oraz RS4;11. Jednakże, analiza PCA umożliwiła rozróżnienie limfocytów B zdrowych dawców od komórek białaczkowych. Limfocyty B cechowały intensywne pasma pochodzące od drgań zasad azotowych i wiązań fosfodiestrowych w DNA (tj: 785, 1580 cm-1). Z kolei komórki nowotworowe linii SEM-K2 i RS4;11, charakteryzowały pasma związane z występowaniem lipidów nienasyconych (tj. 3015, 1660, 1267 cm-1).

Acute leukemias are a highly heterogeneous group of childhood fast-growing blood diseases. Acute lymphoblastic leukemia (ALL) with Mixed Lineage Leukemia (MLL) gene rearrangement, also known as KMT2A, occurs in 5-8% of ALL cases and is an adverse prognostic factor. Nowadays, there has been considerable development of diagnostic tools allowing for cancer detection and monitoring. Raman spectroscopy is an analytical technique that provides information about molecular structure. The unique spectroscopic profile of biological samples allows determining differences in their biochemical composition and precise classification of cancerous and healthy cells. The aim of this study was to distinguish the cancer cells representing ALL with MLL gene rearrangement from B lymphocytes using Raman spectroscopy. The studies were carried out for two ALL cell lines (i.e., SEM-K2 and RS4;11) with t(4;11) translocation, using 532 and 633 nm excitation wavelengths. Principal component analysis (PCA) was performed on obtained Raman spectra to reduce the number of variables describing the trends in the analysed dataset. The spectral profile analysis of the studied cell lines indicated no significant differences at the biochemical level between SEM-K2 and RS4;11. However, PCA analysis allowed to distinguish healthy donors’ B lymphocytes from leukemic cells. B lymphocytes spectra were characterized by the presence of intense bands originated from nucleobases and phosphodiester bonds vibrations in DNA (785 and 1580 cm-1 respectively), in contrast to the SEM-K2 and RS4;11 cell lines, for which intense bands characteristic for unsaturated lipids (at 3015, 1660, and 1267 cm-1) were observed.