In vitro release of aldosterone and cortisol in human adrenal adenomas correlates to mRNA expression of steroidogenic enzymes for genes CYP11B2 and CYP17

Abstract

Adenomas of the adrenal cortex cause different disorders depending on the main steroid synthesized and released. The aim of this research is to increase our understanding of the pathophysiology of steroidogenesis in adrenocortical disorders by comparing the release of steroids from adrenocortical adenomas in vitro with the messenger RNA (mRNA) expression of steroid synthesizing enzymes. Fourteen patients with adrenal tumors were included in the present study; nine were diagnosed with primary aldosteronism and three with Cushing’s syndrome. Two patients had an adrenal tumor discovered on computed tomography (CT) during workup for an unrelated disease. Serum cortisol, plasma aldosterone, and urinary catecholamines were normal. Tissue was taken for in vitro steroid release, and aldosterone and cortisol in the medium after a 1-hour incubation were determined. Oligonucleotide probes with sequences complementary to mRNAs encoding for the steroid synthesizing enzymes 11β-hydroxylase (CYP11B1), 18-hydroxylase (CYP11B2), 17α-hydroxylase (CYP17), and 21-hydroxylase (CYP21) were synthesized (Genset, Paris, France) and in situ hybridization was performed. Moderate expression of CYP11B2 and low expression of CYP11B1 were seen in the zona glomerulosa. The zona fasciculata of the control adrenals expressed a high signal of CYP11B1, whereas the expression of CYP11B2 was very low. There was considerable variation in aldosterone release from the aldosteronomas, whereas the tumors from the Gushing patients showed no detectable release of aldosterone. In contrast, tumors from patients with primary aldosteronism, Cushing’s syndrome, and no hyper-function all had the ability to synthesize and release cortisol in vitro. The highest cortisol release was found in tumors from patients with Cushing’s syndrome, but also the nonhyperfunctioning tumors and some of the aldosteronomas released significant amounts of cortisol. The two patients with highest release of aldosterone in vitro showed the highest expression of CYP11B2 and the lowest expression of CYP11B1 and CYP17. The remaining aldosteronomas had low expression of CYP11B2, similar to the two other groups. Expression of CYP11B1 was high as expected in the Gushing adenomas, but also the two nonhyperfunctioning tumors and some of the aldosteronomas showed a moderate expression. Adenomas from Cushing’s syndrome, nonhyperfunctioning adenomas, and some of the aldosterone- producing adenomas had moderate to high expression of CYP17. This paper presents new means for functional characterization of adrenocortical tumors. Diagnosis of an aldosteronoma is often difficult, and with the advent of these methods it is possible to determine the functional capacity of a tumor, once it is removed. This is of special interest if the patient remains hypertensive postoperatively, and it is not clear whether the patient indeed had a functioning tumor.

Résumé

Le tableau clínique des adénomes de la corticosurrénale varie selon le type dominant de stéroïde synthétisé et sécrété. Le but de cet article a été d’améliorer la compréhension de la physiopathogenèse des stéroïdes dans les maladies de la surrénale en comparant la sécrétion des stéroïdes à partir des adénomes de la corticosurrénale in vitro avec l’expression mRNA des enzymes de synthèse stéroídien. Quatorze patients ayant une tumeur de la surrénale ont été inclus dans cette étude. On a retenu le diagnostic d’hyperaldostéronisme primitif chez neuf alors que trois patients avaient un syndrome de Cushing. Deux patients avaient une tumeur de la surrénale découverte par la tomodensitométrie réalisée pour une pathologie sans rapport. Les taux sériques de cortisol, d’aldostérone et de catécholamines urinaires étaient normaux. On a déterminé la sécrétion de stéroïdes, d’aldostérone et de cortisol in vitro après une heure d’incubation du tissu prélevé. Des sondes d’oligonucléotide avec des séquences complémentaires à l’encodage mRNAs pour les enzymes de synthèse 11-beta-hydroxylase (CYP11B1), 18-hydroxylase (CYP11B2), 17 alpha-hydroxylase (CYP17) et 21-hydroxylase (CYP21) ont été synthétisés (Genset, Paris, France) et une hybridation in situ a été réalisée. On a trouvé une expression modérée de CYP11B2 et une expression basse de CYP11B1 dans la zone glomérulaire. La zone fasciculaire des surrénales de contróle a exprimé un signal intense de CYP11B1 alors que l’expression de CYP11B2 était basse. Il y avait une forte variation en ce qui concernait la sécrétion d’aldostérone à partir des aldostéronomes alors que les tumeurs des patients ayant un syndrome de Cushing ne sécrétaient pas d’aldostérone. En revanche, les tumeurs provenant des patients ayant un hyperaldostéronisme primitif, un syndrome de Cushing, sans hyperfonctionnement étaient toutes capables de synthétiser et de sécréter le cortisol in vitro. Le taux le plus élevé de cortisol a été retrouvé chez les patients ayant un syndrome de Cushing, mais également chez les patients porteurs de tumeurs non fonctionnelles et chez quelques patients ayant un aldostéronome. Les deux patients ayant le taux le plus élevé d’aldostérone in vitro avaient également la plus forte expression de CYP11B2, alors que celles de CYP11B1 et de CYP17 étaient la plus faible. Les autres patients porteurs d’aldostérome avaient une expression réduite de CYP11B2, similaire aux deux autres groupes. L’expression de CYP11B1 était élevé, comme attendue dans le syndrome de Cushing par adénome, mais également chez les deux tumeurs non hyperfonctionelles, alors que l’expression était modérée chez les patients ayant un aldostéronome. L’expression de CYP 17 était modérée à élevée chez les patients ayant un adénome avec syndrome de Cushing, un adénome non-hyperfonctionnel et dans le cas de quelques adénomes produisant de l’aldostérone. Dans cet article, on présente de nouvelles modalités pour caractériser la fonction des tumeurs de la corticosurrénale. Le diagnostic d’un aldostéronome est souvent difficile mais avec ces nouvelles modalités diagnostiques, il est possible désormais de connatre la capacité fonctionnelle de la tumeur, une fois enlevée. Ceci a un intérét particulier si le patient reste hypertendu en postopératoire lorsqu’ on ne savait pas en préopératoire si la tumeur était fonctionnelle.

Resumen

Los adenomas de la corteza suprarrenal ocasionan diferentes alteraciones clínicas según el principal esteroide que sintetizan y secretan. El propósito del présente trabajo fue incrementar el conocimiento sobre la fisiopatología de la estereidogénesis en las enfermedades adrenocorticoles comparando la liberation in vitro de esteroides por adenomas adrenocorticales con la expresión de mRNA de las enzimas sintetizadoras de esteroides. Catorce pacientes con tumores suprarrenales fueron incluidos en el estudio, nueve con el diagnóstico de aldosteronismo primario y très con síndrome de Cushing. En dos se encontró un tumor suprarrenal en tomografia computadorizada en el curso del estudio de una enfermedad no relacionada. El cortisol sérico, el nivel plasmático de aldosterona y las catecolaminas urinarias aparecieron dentro de límites normales. Se tomaron tejidos para la determination in vitro de liberación de esteriodes y de la presencia de aldosterona y cortisol en el medio luego de una hora de incubation. Se observé expresión moderada de CYP11B2 y baja expresion de CYP11B1 en la zona glomerulosaa. La zona fasciculata de las suprarrenales de control expresaron una elevada señal de CYP11B1, en tanto que la expresión de CYP11B2 apareció muy baja. Se observó una variación considerable en la liberación de aldosterona por los aldosteronomas, en tanto que los tumores de los pacientes con Cushing no demostraron liberación de aldosterona. En contraste, los tumores de pacientes con aldosteronismo primario, síndrome de Cushing y aquellos sin hiperfunción, todos exhibieron capacidad para sintetizar y liberar cortisol in vitro. La más alta liberación de cortisol fue hallada en tumores de pacientes con síndrome de Cushing, pero los tumores no hiperfuncionantes y algunos de los aldosteronomas mostraron liberación significante de cortisol. Los dos pacientes con la más alta liberación de aldosterona in vitro mostraron también la más elevada expresión de CYP11B2 y la más baja de CYP11B1 y CYP17. Los restantes aldosteronomas mostraron baja expresión de CYP11B2, similar a la de los otros dos grupos. La expresión de CYP11B1 apareció elevada, como era lo esperado, en los adenomas de Cushing, pero también en los tumores no hiperfuncionantes; algunos de los aldosteronomas exhibieron expresión moderada. Los adenomas del síndrome de Cushing, lo adenomas no hiperfuncionantes y algunos de los adenomas productores de aldosterona exhibieron expresión moderada a alta de CYP17. El présente artículo muestra nuevas maneras de hacer la caracterización funcional de los tumores suprarrenales. El diagnóstico de aldosteronoma frecuentemente es difícil y con el advenimiento de estos métodos es posible determinar la capacidad funcional del tumor que ha sido resecado. Esto es de interés especial cuando el patiente se mantiene hipertenso en el postoperatorio y no aparece claro si realmente tenía un tumor funcional.