An immunohistochemical study of testicular germ cell tumours in relation with prognosis and survival

Testicular germ cell tumors(TGCTs) of adolescents and adults are the most common malignancies in men in the second to fourth decade of life. The incidence rate of TGCTs has doubled in the past 30 years, and although the vast majority of patients present with earlystage curable disease, the continued rising incidence of these tumors presents a major challenge. They are classified into two main histologic categories of seminoma and nonseminoma. Seminoma resembles primordial germ cell and nonseminoma are composed of neoplastic tissues excibiting either somatic, embryonal or extraembryonal differentiation. Primordial germ cells are widely accepted as the cells of origin of TGCTs and are believed to give rise to carcinoma in situ(CIS), the so called intratubular germ cell neoplasia, unclassified type (IGCNU). OCT 3/4 also known as OCT 3, OCT 4, OTF 3, POU5F1, is an 18-kDa POU-domain transcription factor encoded by the POU5F1 gene, located on human chromosome 6p21.3 and acts as a candidate master regulator for initiation, maintenance and differentiation of pluripotent and germline cells during normal development. This transcription regulator is expressed in undifferentiated pluripotent cells including embryonic stem cells and germ cells, both mouse and human. Knockout mice are not viable, because they fail to initiate fetal development and consist primarily of cells commited to the trophoblast lineage. Multiple types of adult testicular germ cell tumors exist, and each type differs in its degree of differentiation. Seminomas display the phenotype of early germ cells and possess pluripotent potential. Embryonal carcinomas are also intrinsically pluripotent. Thus, these two germ cell tumour components are expected to express OCT 3/4. Other germ cell tumour types, including yolk sac tumours, mature teratomas, immature taratomas and choriocarcinomas, are more differentiated and thus would not be expected to express this transcription factor. The aim of this study was to establish the specificity of OCT 3/4 immunohistochemistry in the diagnosis of a variety of primary testicular tumours. We therefore investigated the immunohistochemical staining pattern of a number of primary testicular neoplasms using anti-OCT 3/4 antibodies to assess this marker’s usefulness as a diagnostic tool. Archival materials from 68 cases of primary germ cell testicular neoplasms from 1998-2005 were retrieved from the surgical pathology files of the Anticancer Hospital of Thessaloniki “Theageneion”, and included the following tumour types: 33 seminomas, 18 mixed tumors, 7 embryonal carcinomas, 8 mature teratomas, 1 immature teratoma and 1 yolk sac tumor. All tumours were classified according to accepted criteria. Four –micrometer-thick sections were cut from the paraffin blocks and stained with hematoxylin and eosin. Additional sections of selected blocks were obtained for immunohistochemical studies, which were performed on an automated immunostainer. All cases were analyzed with a polyclonal goat anti-OCT 3/4 antibody. OCT 3/4 is a nuclear transcription factor involved in gene regulation; thus only nuclear staining is considered a positive result. The percentage of cells staining positively for OCT 3/4 was estimated and the staining was classified as negative(0), weak(1+), moderate(2+), or strong(3+). In all cases of seminomas, embryonal carcinomas and mixed tumors with seminoma and embryonal component, there was near 100% staining of the tumor cells for OCT 3/4 with little or no background staining. In all cases, the staining pattern was nuclear. All of the seminoma components showed strong (3+) staining intensity. All but two of the embryonal carcinoma components showed strong (3+) staining intensity. The two exceptional cases showed a moderate (2+) staining intensity; however there was still nearly 100% OCT 3/4 positivity among the embryonal carcinoma cells of this tumour. Other GCT components were immunohistochemically negative for OCT 3/4, including yolk sac tumor, mature teratomas and immature teratoma. In our study of 68 primary testicular neoplasms, we show OCT 3/4 to be sensitive and specific for seminoma and embryonal carcinoma tumour cells. These components showed a nuclear staining pattern, as expected for a transcription factor. The staining was so intense and dinstinct and with so little background staining that cells expressing OCT 3/4 were unmistakable. In the cases of mixed tumours, the OCT 3/4 staining pattern showed sharp and definite transition between the positively staining elements (seminoma and embryonal carcinoma) and the adjacent negatively staining components. More differentiated testicular tumours of germ cell origin were immunohistochemically negative for OCT 3/4, reflecting their loss of pluripotentiality. Also, the syncytiotrophoblast cells associated with seminomas and embryonal carcinomas, were immunohistochemically negative for OCT 3/4. The diagnosis of testicular tumours is normally made based solely on histologic morphology. Identifying all components of a mixed GCT is often challenging but is potentially both prognostically and therapeutically important. Diagnostic difficulty arises for a number of reasons: the lesion may be obscured by extensive necrosis; a testicular biopsy specimen may be very small with certain tumor components poorly represented; or the tumour may mimic another type of tumour. The high sensitivity and specificity of anti OCT 3/4 antibodies for seminoma and embryonal carcinoma in the testis, combined with this stain’s easy readability and uniformly high staining intensity, make this immunostain a useful addition to the panel of immunohistochemical stains that are currently being used to accurately classify testicular tumours. While the primary aim of our study was to establish the specificity of OCT 3/4 immunostaining within the testis, it is reasonable to predict that OCT 3/4 may also prove to be a valuable tool in the diagnosis of metastatic germ cell tumours. Metastatic embryonal carcinomas frequently show loss of CD 30 expression after chemotherapy, making OCT 3/4 immunostains of potential value for its recognition in this particular setting. Additional studies are needed to determine whether OCT 3/4 expression changes in metastatic lesions or after chemotherapy. In summary, immunostaining with anti OCT 3/4 antibodies is a useful diagnostic tool in the identification of primary testicular embryonal carcinomas and seminomas due to the high specificity for these types of GCT and the complete lack of immunoreactivity in other types of testicular GCTs and testicular non GCTs.Τα νεοπλάσματα των όρχεων από γεννητικά κύτταρα είναι οι πιο συχνές κακοήθειες στους άντρες από 20-40 ετών. Αυτοί οι όγκοι σήμερα, με τον συνδυασμό χειρουργικής επέμβασης, ακτινοθεραπείας και χημειοθεραπείας, θεωρούνται ιάσιμοι με 5ετή και 10ετή επιβίωση να κυμαίνεται από 90-95%. Εντούτοις, παρά την καλή τους πρόγνωση, εμφανίζουν συνεχώς αυξανόμενη συχνότητα με την ετήσια επίπτωση να φθάνει το 2-5% σε ορισμένες, κυρίως Ευρωπαϊκές χώρες. Τα διηθητικά νεοπλάσματα των όρχεων από γεννητικά κύτταρα παρουσιάζουν ένα ευρύ και ετερογενές φάσμα ιστολογικών τύπων αλλά ουσιαστικά διαχωρίζονται σε δύο μεγάλες ομάδες, τα σεμινώματα και τους μη σεμινωματώδεις όγκους που είναι το εμβρυικό καρκίνωμα, το τεράτωμα, το χοριοκαρκίνωμα και ο όγκος του λεκιθικού ασκού. Παρά την ετερογένεια στην ομάδα των νεοπλασμάτων των όρχεων από γεννητικά κύτταρα, όλα εμφανίζουν κοινή προέλευση, τη λεγόμενη ενδοσωληναριακή νεοπλασία από γεννηττικά κύτταρα αταξινόμητου τύπου ή αλλιώς γνωστή και ως καρκίνωμα in situ, με εξαίρεση το σπερματοκυτταρικό καρκίνωμα. Το OCT 3/4 καλούμενο επίσης και ως OCT 3, OCT4 και POU5F1 είναι ένας μεταγραφικός ρυθμιστής ο οποίος εκφράζεται στα αδιαφοροποίητα, πολύδυναμα εμβρυικά κύτταρα και στα γεννητικά κύτταρα, σε μελέτες που έγιναν σε πειραματόζωα και σε ανθρώπους. Ουσιαστικά, αποτελεί τον κύριο ρυθμιστή που λειτουργεί ως διακόπτης στη διαφορποίηση των κυττάρων που εμφανίζουν ή θα μπορούσαν να αναπτύξουν πολυδυναμικότητα. Τα ευρήματα της μελέτης αυτής φαίνεται να διευκρινίζουν για πρώτη φορά σύμφωνα με την έρευνα της βιβλιογραφίας, το ρόλο του OCT 3/4 στη διάγνωση των TGCTs σε δείγμα Ελληνικού πληθυσμού. Στην παρούσα μελέτη θετική έκφραση του OCT 3/4 παρατηρήθηκε σε όλες τις περιπτώσεις σεμινώματος, όλες τις περιπτώσεις εμβρυικού καρκινώματος, σε όλες τις περιπτώσεις σεμινωματώδους και εμβρυικού συστατικού μικτών όγκων αλλά και σε όλες τις περιπτώσεις εστιών IGCNU στο παρακείμενο ορχικό παρέγχυμα. Σε όλα τα υπόλοιπα νεοπλάσματα που μελετήθηκαν, τερατώματα, όγκος του λεκιθικού ασκού, σε 5 αλλά νεοπλάσματα που δεν προέρχονται από γεννητικά κύτταρα καθώς και στα συγκυτιοτροφοβλαστικά κύτταρα, τα οποία συνυπήρχαν σε 5 περιπτώσεις σεμινωμάτων, παρατηρήθηκε αρνητική έκφραση του OCT 3/4. Τα ευρήματα της μελέτης είναι σε απόλυτη συμφωνία με όλα τα υπάρχοντα βιβλιογραφικά δεδομένα. Η διάγνωση των TGCTs στηρίζεται κυρίως στη μορφολογία των κυττάρων. Κάποιες φορές η ταυτοποίηση ενός νεοπλάσματος αλλά και η αναγνώριση όλων των συστατικών ενός μικτού όγκου είναι προβληματική, αλλά προγνωστικά και θεραπευτικά σημαντική. Η υψηλή ευαισθησία και ειδικότητα για το σεμίνωμα και το εμβρυικό καρκίνωμα, σε συνδυασμό με την ευδιάκριτη, ομοιόμορφη και έντονη χρώση του, κάνουν το OCT 3/4 μία χρήσιμη προσθήκη στην ήδη υπάρχουσα ομάδα ανοσοϊστοχημικών χρώσεων που χρησιμοποιούνται σήμερα για να βοηθήσουν στην ακριβή ταξινόμηση των ορχικών νεοπλασμάτων. Το OCT 3/4 φα’ινεται να είναι έναςαξιόπιστοςδείκτης ο οποίοςνα αναδεικνύει τον πυρήνα κάθε μεμονωμένου νεοπλασματικούκυττάρου, με ελάχιστο ήκαθόλου μη ειδικάθετικόυπόστρωμα. Συμπερασματικά θα πρέπει να συμπεριλαμβάνεται στην ομάδα των ανοσοϊστοχημικών δεικτών που χρησιμοποιούνται για τα νεοπλάσματα των όρχεων απόγεννητικάκύτταρα αλλά και στις περιπτώσεις μεταστατικών όγκων όπου ένα νεόπλασμα από γεννητικά κύτταρα αποτελεί μία από τις νόσους της διαφορικής διάγνωση