Cytomorphological Features of Papillary Thyroid Cancer with BRAF Mutation

Abstract

Advances in microscopy technology have greatly improved image resolution, allowing detailed observation of intracellular organelles. Cells with specific mutations often exhibit morphological changes. Observing these morphological changes is critical for disease diagnosis, prognosis, and prediction. Thyroid cancer can be preliminarily diagnosed by fine needle aspiration (FNA). Among thyroid cancer patients, 80-85% are diagnosed with papillary thyroid carcinoma (PTC), and over 40-70% of PTC patients have BRAF mutations. BRAF mutations play a role in the production of proteins that regulate cell growth, division and differentiation. These mutations can over-activate cell signaling pathways, leading to abnormal cell proliferation and subsequent tumor development and growth. The diagnosis of PTC with BRAF mutations is a critical factor in determining the extent and necessity of surgery. Therefore, observing the morphological characteristics of PTC cells to detect BRAF mutations by FNA is essential for assessing prognosis and determining therapeutic strategies. In this study, the morphological characteristics of PTC cells with BRAF mutations were analyzed using high-resolution image analysis. Cells with BRAF mutations have a more elongated shape compared to non-mutated cells. Furthermore, BRAFV600E mutation stimulates the nuclear envelope, leading to nuclear invagination and aggressive morphological changes in the nucleus. Interestingly, these nuclear morphological changes are more pronounced when BRAF inhibitors are used. This suggests that BRAF inhibitors may alter the intracellular environment by affecting the components and functions of the nuclear envelope. In summary, PTC cells with BRAF mutations exhibit an elongated morphology and prominent nuclear invagination. Analyzing these nuclear morphological features and applying them to digital pathology can be utilized in various clinical fields, including cancer diagnosis, treatment planning, and prognosis prediction.;현미경 기술의 발달로 이미지 해상도가 크게 향상되어 세포 내 소기관까지 정밀하게 관찰할 수 있다. 특정 돌연변이를 가진 세포는 종종 형태가 변화하며, 이러한 형태학적 변화를 관찰하는 것은 질병의 진단과 예후 예측에 중요한 역할로 기대된다. 갑상선암은 세침흡인검사(Fine Needle Aspiration, FNA)를 통해 수술 전 사전 진단이 가능하다. 갑상선암 환자의 80-85%는 유두암(Papillary Thyroid Cancer, PTC)으로 진단되며, 이 중 40-70%가 BRAF 돌연변이를 가지고 있다. BRAF 돌연변이는 세포의 성장, 분열 및 분화를 조절하는 단백질 생성에 관여한다. 이 돌연변이는 세포 신호 전달 경로를 과도하게 활성화시켜 비정상적인 세포 증식을 유도하며, 이는 종양의 발생 및 성장을 촉진할 수 있다. BRAF 돌연변이를 가진 유두암을 진단하는 것은 수술 결정이나 수술 범위를 결정하는 데 중요한 요인으로 작용한다. 따라서 세침흡인검사로 사전 진단이 가능한 유두암에서 형태학적 특징을 관찰하여 BRAF 돌연변이를 검출하는 것은 종양의 발생 및 진행에 대한 예후를 평가하고 치료 전략을 결정하는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 고해상도 이미지 분석을 통해 BRAFV600E 돌연변이를 가진 PTC 세포의 형태학적 특징을 분석하였다. BRAF 돌연변이를 가진 세포는 야생형 세포에 비해 더 길쭉한 형태를 나타냈다. 또한, BRAFV600E 돌연변이로 인한 핵막 자극에 따라 핵 함입(nuclear invagination)이 발생하여 핵의 뚜렷한 형태학적 변화가 관찰되었다. 흥미롭게도 이러한 핵의 형태학적 변화는 BRAF 돌연변이를 억제하는 약물을 사용했을 때 더 두드러지게 나타났다. 이는 BRAF 억제제로 인한 세포 내 환경 변화가 핵막의 구성 요소나 기능에 영향을 줄 수 있음을 시사하고 있다. 요약하면, BRAF 돌연변이를 가진 PTC 세포는 야생형 세포에 비해 더 길쭉한 형태를 보이며, 핵 함입이라는 두드러진 형태학적 특징을 나타낸다. 이러한 핵 형태학적 특징을 분석하여 디지털 병리에 적용하는 것은 임상에서 암의 진단, 치료 방향 설정, 예후 예측 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.