Рак молочной железы: генетика предполагает, а эпигенетика располагает

Найден новый эпигенетический маркер рака молочной железы. Ученые проанализировали 450 тысяч участков метилирования по всему геному 36 пар однояйцевых близнецов с дискордантностью по данному заболеванию.

Ни для кого не секрет, что огромную роль в развитии тех или иных форм онкологических заболеваний играют генетические мутации. Описаны многие из этих мутаций и степени риска развития неоплазий, связанных с ними. Однако, несмотря на всю критическую важность «генетической основы», не менее существенную роль в развитии этих патологий могут играть эпигенетические процессы.

Эпигенетические изменения не нарушают последовательности нуклеотидов в ДНК и не передаются по наследству, но за счет химической модификации определенных хромосомных локусов и связанных с ними генов критически изменяют их доступность для транскрипционного аппарата клетки. (Примеры эпигенетических изменений – ацетилирование и метилирование гистонов, метилирование ДНК.) Такое эпигенетическое «включение/выключение» генов, в частности, лежит в основе дифференцировки – приобретения необходимого фенотипа – всех типов соматических клеток. И наоборот, изменение характерной «эпигенетической маркировки» клетки того или иного типа приводит к де-дифференцировке или смене фенотипа (транс-дифференцировке) в другой клеточный тип, например, из эпителия в мезенхиму. Учитывая такие масштабы эффектов эпигенетической регуляции, нетрудно понять, что нарушения этого процесса могут приводить к развитию патологий, таких как канцерогенез.

Метилирование ДНК, как один из важнейших механизмов эпигенетической регуляции, был открыт на рубеже восьмидесятых годов прошлого столетия. Суть этого процесса заключается в конверсии цитозинового нуклеотидного остатка в 5-метилцитозин. Долгое время считалось, что единственным функциональным следствием метилирования является транскрипционная репрессия генов, поскольку «островки» метилирования, чаще всего обнаруживаемые в промоторных последовательностях генов, конформационно препятствуют взаимодействию этого участка ДНК с белковыми транскрипционными факторами, необходимыми для экспрессии данного гена. Однако затем выяснилось, что в ряде случаев этот процесс может опосредовать и активацию экспрессии генов. Но, так или иначе, правильный паттерн метилирования критически необходим для нормальной клеточной дифференцировки и развития организма.

В ходе же неопластического перерождения картина эпигенетической модификации, как правило, меняется таким образом, что общий уровень метилирования генома существенно снижается, в то время как регуляторные участки существенно меньшей части генов (чаще всего, генов-онкосупрессоров), наоборот, гиперметилируются и подавляются. Соответственно, если изменение нормального метилирования в каком-либо из генов играет важную роль в развитии определенной формы рака, то установление такого феномена будет способствовать не только лучшему пониманию патогенеза этого заболевания, но и может оказаться своего рода эпигенетическим маркером данного заболевания.

Один из таких ранее неизвестных специфических эпигенетических маркеров рака молочной железы, а именно гиперметилирование промоторного участка гена DOK7, удалось обнаружить международной группе ученых, недавно опубликовавшей результаты своей работы в журнале Carcinogenesis.

Рак молочной железы (РМЖ) – наиболее распространенная форма неоплазии у женщин (примерно, один случай на девять женщин). При этом только в 30% случаев он передается по наследству. Иными словами, в абсолютно большей части случаев причиной этого заболевания становятся спорадические мутации и эпигенетические изменения (см. http://www.nkj.ru/archive/articles/10218/). Среди последних чаще всего отмечается гиперметилирование и, как следствие, «глушение» генов BRCA1 и BRCA2, известных онкосупрессоров, участвующих в гомологичной рекомбинации при репарации повреждений ДНК. Открытие этих эпигенетических маркеров позволило, в свое время, установить, что их носители гораздо лучше отвечают на лечение такими химиотерапевтическими агентами, как PARP-ингибиторы и цисплатин, чем остальные пациентки с диагнозом РМЖ. Соответственно, установление эпигенетических маркеров, встречающихся при данном заболевании с меньшей частотой, также могло бы помочь в разработке других персонализированных методов лечения.

Для этой цели авторы применили недавно разработанный метод сравнения паттернов метилирования у однояйцевых близнецов, успешно примененный в аналогичных исследованиях сахарного диабета первого типа и системной красной волчанки.

Однояйцевые близнецы генетически идентичны, но в ходе эмбриогенеза и последующего постнатального развития между ними возникает ряд фенотипических различий, явление, известное как «дискордантность однояйцевых близнецов». Одним из проявлений дискордантности, по большей части определяемой, как раз, эпигенетическими изменениями, может быть развитие какого-либо заболевания у одного из близнецов при отсутствии этого заболевания у другого. В таком случае, сравнение эпигенетических карт двух близнецов может обнаружить эпигенетические маркеры данного заболевания.

В своем исследовании авторы использовали клетки периферической крови и сравнили 450 тысяч участков метилирования по всему геному 36 пар однояйцевых близнецов с дискордантностью по раку молочной железы. Всего было обнаружено 403 участка генома с различным метилированием. Как и ожидалось, подавляющее большинство из них было связано с гипометилированием генома, характерным для раковых заболеваний. Из оставшейся части большее внимание было уделено гиперметилированным участкам регуляторных последовательностей 14 генов, показавших наибольшие различия в метилировании. Большинство этих генов оказались уже известными участниками патогенеза РМЖ и других раковых заболеваний. Однако канцерогенные функции одного из них, DOK7 (а точнее, одной из его изоформ, транскрибируемых с альтернативного промотора), показавшего как раз наиболее значимые различия в метилировании, оказались практически неизвестными.

Дальнейшая проверка возможности использования DOK7 в качестве эпигенетического маркера рака молочной железы, проведенная на послеоперационных образцах РМЖ и культуральных линиях клеток РМЖ, полностью подтвердила обнаруженную корреляцию. Более того, анализ показал, что DOK7, как маркер, обладает уникальными прогностическими характеристиками. А именно: гиперметилирование одного из его промоторов в клетках периферической крови можно обнаружить за несколько лет до постановки самого диагноза РМЖ.

Дальнейшие исследования в этой области, по словам ученых, будут связаны с выяснением точных функций DOK7, а именно, той его изоформы, которая синтезируется с гиперметилированного при РМЖ промотора в норме и при канцерогенезе.

Источник: Holger Heyn, F. Javier Carmona, Antonio Gomez, Humberto J. Ferreira, Jordana T. Bell, Sergi Sayols, Kirsten Ward, Olafur A. Stefansson, Sebastian Moran, Juan Sandoval, Jorunn E. Eyfjord, Tim D. Spector, and Manel Esteller. DNA methylation profiling in breast cancer discordant identical twins identifies DOK7 as novel epigenetic biomarker. Carcinogenesis (2012) doi: 10.1093/carcin/bgs321 First published online: October 10, 2012.

На фото:

1. Октябрь – всемирный месяц борьбы с раком молочной железы. Розовая ленточка – эмблема, разработанная Всемирной организацией здравоохранения.

2. Дифференциально метилированные участки CpG в парах однояйцовых близнецов, дискордантных по раку молочной железы. (E) bcDMP отличаются эпигенетически, несмотря на идентичный генетический фон близнецов. Красная точка – «здоровая зона» в раковых кластерах. Уровень метилирования ДНК bcDMP маркирован цветом: желтый – образец с низким уровнем метилирования; красный – образец с высоким уровнем метилирования. (F) Иерархический кластерный анализ форм bcDMP в шести основных парах близнецов, дискордантных по РМЖ.

3. Гены, ассоциированные с bcDMP, участвуют в возникновении других форм рака (рака поджелудочной железы, хронической миелоидной лейкемии, колоректального рака, мелкоклеточного рака легких). Сетевой анализ.

4. Гиперметилирование DOK7 при раке молочной железы. Анализ образцов ДНК (из крови) здоровых и заболевших РМЖ женщин-близнецов.