CC BY
108
СТАТЬИ
эндометриоз и миома матки с позиции системной генетики
© в.с. Баранов
ФГБНУ «НИИ АГиР им. Д.О. Отта», Санкт-Петербург
введение
Различные аспекты патогенеза эндометрио-за (ЭМ) и миомы матки (ММ) подробно освещены в мировой литературе и много лет являются предметом пристального изучения клиницистов, патоморфологов, иммунологов, эндокринологов и генетиков института Отта (Ярмолинская, 2013). В кратком обзоре суммированы основные итоги молекулярно-генетических исследований ЭМ и ММ с позиции системной генетики, т. е. комплексного анализа механизмов реализации генетической информации на разных уровнях организации, начиная от генов и их экспрессии до синтеза белков и формирования патологического фенотипа.
В настоящее время детально изучены генные сети этих заболеваний, которые уже насчитывают более 100 генов-кандидатов, в том числе гены пролиферации и эмбрионального развития, онко-супрессоры и онкогены, факторы роста и ангио-генеза, межклеточного матрикса и адгезии, гены половых гормонов, цитокинов и их рецепторов, многочисленные и очень разнообразные короткие регуляторные микроРНК (Baranov et al., 2015, 2016).
Наличие сходных и даже идентичных функциональных групп генов a priori предполагает молеку-лярно-генетическую близость патогенеза ЭМ ММ, т. е. их синтопность. Вместе с тем, за небольшим исключением, идентифицированные гены-кандидаты каждой функциональной группы ЭМ и ММ оказываются различными, что свидетельствует о наличии специфических особенностей молекулярных механизмов патогенеза этих заболеваний.
Имеются многочисленные данные, которые доказывают, что обе опухоли берут начало из мезен-химных стволовых клеток (мСК), а их различные клинические формы — результат сложных эпигенетических нарушений работы соответствующих метаболических цепей.
1. Молекулярные основы патогенеза ЭМ
Известны, по крайней мере, 11 теорий, объясняющих развитие ЭМ. В 1991 г. была высказана гипотеза, постулирующая развитие ЭМ из стволовых клеток (СК) (Padykula, 1991). Дальнейшие исследования с использованием специфических маркеров СК (CD117, OCT4, NANOG, CD146, PDGF-Rb и др.) подтвердили наличие СК в составе эндометриоидных гетеротопий (ЭМГ). СК бы-
ли также обнаружены во внутреннем базальном слое эндометрия, вблизи или в составе пограничного слоя клеток стенки матки, между эндометрием и миометрием, в так называемой зоне слияния — Junction Zone (JZ). Их присутствие в базальном (функциональном) слое эндометрия, способность к миграции, индукции ангиогенеза в эктопических местах и плюрипотентность свидетельствовали в пользу гипотезы СК. Недавно установлено, что СК эндометрия могут подвергаться метаплазии, превращаясь в клетки мезенхимы (мСК) (Proestling et al., 2015). Подробно изучены молекулярно-генетические механизмы такой трансформации (трансцизии), идентифицированы гены, контролирующие этот процесс. Трансформация начинается с репрессии гена CDH1, отвечающего за синтез мембранного белка кадхерина, при одновременной активации генов MYC и Cyclin D1, стимулирующих пролиферацию клеток ЭМГ. Активация других онкогенов (CDKN2A, 2B, ARF) при одновременном подавлении активности генов онкосупрессоров (Р53) и растворение межклеточного матрикса вследствие активации генов металлопротеиназ (ММР) способствуют превращению мСК в опухолевые клетки. Важная роль на начальных этапах возникновения и развития ЭМ-клеток принадлежит также другим генам пролиферации и эмбрионального развития (NHBA, HOX 10, HOX 11, WBT4, GALT), генам клеточного матрикса, адгезии и миграции (FN1,VEZT), генам гормонов и их рецепторам. Общий генетический вклад в развитие ЭМ, согласно современным данным, оценивается только в 52 %, а 8-9 доказанных генов-кандидатов ассоциированы преимущественно с тяжелыми формами заболевания (стадии III-IV).
2. Молекулярные основы патогенеза ММ
СК, дающие начало ММ, идентифицированы сравнительно недавно как популяция дремлющих клеток, возникающих при делении нормальных миобластов миометрия матки. Наличие таких клеток подтверждается присутствием типичных для СК биомаркеров — продуктов генов, «стволово-сти» OCT4, NANOG, DNMT3B GDF3 и их высокой пролиферативной активностью. Способность таких клеток к метаплазии и дифференцировке в клетки других тканей подтверждала их мезен-химную природу. Доля таких мСК в миометрии не более 1 %, располагаются они преимущественно
8-й Международный научный конгресс «Оперативная гинекология — новые технологии» 8-th International Scientific Congress "Operative Gynecology-Advanced Technologies" 20-22 October 2016, Saint Petersburg
в глубоких частях мышечного слоя — в зоне его контакта с эндометрием (Junction zine), т. е. в непосредственной близости от ЭСК. Молекулярные механизмы опухолевой трансформации мСК мио-метрия до конца непонятны. Считается, что ММ в действительности представляет собой гетерогенную группу доброкачественных опухолей разного молекулярного генеза. Примерно 25 % ММ несут хромосомные аберрации (транслокации) или более сложные перестройки хромосом. Для 70-75 % ММ характерно наличие мутации в гене MED-12, входящем в состав субкомплекса, играющего медиаторною роль между ферментом РНК-полимераза 1 и рядом транскрипционных факторов. Существенно, что хромосомные перестройки зачастую затрагивают локусы, отвечающих за пролиферацию клеток (HMGAs) и репарацию ДНК (RAD51B). Как мутации, так и хромосомные перестройки приводят к активации в мСК миометрия важных сигнальных метаболических цепей: Wnt/MAPK и Wnt/p-catenin, которые стимулируют пролиферацию мСК, их миграцию и трансформацию в опухолевые клетки ММ. Ген WNT, активирует экспрессию гена TGFfi, результатом чего является избыточный синтез белков внеклеточного матрикса. Мутации гена MED-12 также активируют экспрессию гена — рецептора TGFP, что стимулирует митогенную протеин-ки-назу МАРК, индуцирующую пролиферацию мСК. Как мутации гена MED-12, так и хромосомные перестройки с активацией генов семейства HMGAs рассматриваются в качестве основных драйверов опухолевого роса ММ. Молекулярные механизмы развития ММ специфичны для каждого из двух основных типов мутаций (MED-12 и HMGA) и не пересекаются. разными оказываются и конечные клинические проявления этих мутаций (размеры опухоли, их число, локализация). Важное модифицирующее влияние на развитие ММ оказывают и многие другие кандидатные гены, прежде всего гены стероидных гормонов и их рецепторов. После трансформации мСК в опухолевые клетки дальнейшее развитие ММ контролируется практически теми же функциональными группами генов, что и развитие ЭМ. решающая роль в прогрессии ММ отводится повышенной экспрессии гена FGF (ростового фактора фибробластов) и его рецептора, а также генам, контролирующим синтез белков внеклеточного матрикса: фибронектина, протео-гликана, коллагеновые гены (COL1A1, 4A2, 6A1, 6A2, 7A1).
3. Эпигенетические механизмы развития ЭМ и ММ
В патогенезе ЭМ и ММ важная роль принадлежит нарушениям функции генов вследствие эпигенетических изменений, вызванных процес-
сами метилирования пусковых участков генной транскрипции (промоторов) и дезрегуляцией генов микроРНК (miRNA). Выраженность этих процессов дает основание рассматривать ЭМ и ММ как преимущественно эпигенетические болезни. Важные отклонения отмечены в метилировании 400 генов клеток ЭМГ, в том числе генов эстрогенных рецепторов (ESR-2), аромата-зы (CYP19A1), стероидогенного фактора (NR5A1) (гипометилирование — повышенная экспрессия), генов рецептора прогестерона (PGR), деацетилаз гистонов (HDACi) и метилтрансфераз (DNMT). Значительные нарушения отмечены в ЭМГ и в отношении регуляторных микроРНК. Особенно стабильны изменения в клетках ЭМГ концентрации 3х miRNA (148a,196b 210).
Наиболее значительные эпигенетические изменения в клетках ММ касаются экспрессии генов прогестерона и эстрогенов, а также генов ростовых факторов, белков внеклеточного матрикса, хемокинов и цитокинов. Ни одна из 6 микроРНК, содержание которых существенно меняется в клетках ММ в сравнении с контролем, пока не рассматривается в качестве биомаркера заболевания.
4. Синтропность ЭМ и ММ
Известно, что эндометрий и миометрий матки являются производными мезенхимы, то есть имеют одинаковое эмбриональное происхождения, и оба заболевания встречаются одновременно почти у 60 % пациентов. Особенно часто сочетания ЭМ и ММ наблюдаются при аденомиозе, когда эндометриоидные клетки из JZ попадают в миометрий и индуцируют развитие миоматоз-ных узлов. Современные данные убедительно показывают, что ЭМ и ММ развиваются из мезен-химных СК и, несмотря на явные клинические различия, обнаруживают большое сходство своих генных сетей, функциональных генетических групп и эпигенетических профилей. Все эти факты подтверждают наличие общих молекулярно-генетические механизмов патогенеза ЭМ и ММ, т. е. доказывают их синтропность.
Важным аргументов в пользу патогенетического сходства этих заболеваний является и наличие общего места возникновения. Как уже отмечалось, в матке мСК располагаются не случайно, а находятся в непосредственной близости друг от друга на границе эндометрия и миометрия, в так называемой зоне слияния (JZ), на наружной апикальной стороне которой они запрограммированы к развитию в миобласты, а на внутренней дисталь-ной — в железистый эндометрий. Такое расположение родоначальных мСК позволяет сравнить JZ с медалью, клетки разных сторон которой при соответствующих условиях могут провоцировать развитие ЭМ или ММ.
СТАТЬИ
7
5. Эндометриоз, миома матки и эпигенетический ландшафт
Системный генетический анализ позволяет приблизиться к ответу еще на один актуальный вопрос: являются ЭМ и ММ самостоятельными заболеваниями или каждое из них представляет собой смесь нескольких клинически сходных, но патогенетически разных нозологий (Markowski е1 а1, 2014)?
Для ответа на этот вопрос уместно обратиться к понятию «эпигенетический ландшафт» (ЭЛ), предложенному еще в 1960 г. основателем эпиге-нетики Конрадом Уоддингтоном для объяснения дифференцировки эмбриональных клеток, развитие которых с самого начало является канализированным и происходит по определенной программе, регулируемой генетическими и эпигенетическими факторами (Waddington, 1966). При нарушении этой программы клетка погибает или становится на патологический путь развития, который приводит к заболеванию.
Конечные клинические формы при патологии мСК эндометрия весьма разнообразны и, по сути, разные клинические формы, вызванные гипертрофией эндометрия (ЭМ) или патологическими разрастаниями миомерия при ММ. В каждом случае окончательная клиническая форма определяется индивидуальными генетическими и эпигенетическими особенностями и действием провоцирующих внешних факторов.
Таким образом, в понятие эпигенетического ландшафта хорошо укладываются особенности патогенеза ЭМ и ММ, свидетельствующие в пользу того, что как ЭМ, так и ММ в действительности представляют собой целый набор заболеваний со сходными клиническими проявлениями, но разным патогенезом и, соответственно, требуют разного лечения. Для их углубленного молекулярно-генетического анализа необходимо создание репрезентативных биобанков ДНК больных с разными клиническими формами ЭМ и ММ и последующее полногеномное секвениро-вание ДнК-образцов, дополненное эпигенетическим анализом.
Заключение
Анализ ЭМ и ММ с позиции системной генетики свидетельствует о патогенетическом сходстве, которое указывает на наличие близких или тождественных молекулярно-генетических механизмов, определяющих развитие этих заболеваний. Источником возникновения ЭМ и ММ являются мСК, присутствующие в пограничной зоне стенки матки JZ. Развитие патологического процесса и его результат определяются особенностями индивидуального эпигенетического ландшафта, то есть действием генетических и эпигенетических факторов, контролирующих дифференцировку мСК. Системно-генетический анализ позволил обнаружить новые гены-кандидаты при ЭСМ и ММ, выяснить особенности экспрессии и взаимодействия этих генов, их эпигенетическую регуляцию, установить главные метаболические пути соответствующих патологических процессов, наметить новые методы терапии, а также определить перспективные биомаркеры для неинвазивной диагностики.
литература
1. Ярмолинска М.И. Наружный генитальный эндометриоз и бесплодие. Учебное пособие. СПб.; 2013. 62 с.
2. Baranov V.S., Ivaschenko T.E., Yarmolinskaya M.I. System genetics view of endometriosis : a common complex disorder / Europ. J. Obstetr. Gynecol. Reproductive Biology. 2015. V. 85. P. 59-65.
3. Baranov V.S., Ivaschenko T.E., Yarmolinskaya M.I. Comparative system genetics view of endometriosis and uterine leiomyoma: Two sides of the same coin? Systems Biology in Reproductive Medicine. 2016. V. 62. № 2. P. 93-105.
4. Padykula H.A. Regeneration in the primate uterus: the role of stem cells. Ann N Y Acad Sci. 1991. V. 622. P. 47-56.
5. Markowski D.N., Helmke B.M., Bernitzke S., Loning T., Buller-dierk J. Uterine fibroids - do we deal with more than one disease? Int J Gynecol Pathol. 2014. V. 33(6). P. 568-72.
6. Proestling K., Birner P., Nirtl N., Marton E., Yerlikaya G., Wenzl R., et al. Enhanced epithelial to mesenchymal transition (EMT) and upregulated MYC in ectopic lesions contribute independently to endometriosis Europ. J. Obst. Gynec. Reprod 2015. V. 13. P. 75-83.
7. Waddington C.H. Principles of development and differentiation. New York: Macmillan Pub Co Inc, 1966.
