CC BY
5ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Естественно-математические науки
УДК 575.164
Абдуллина В.В., студент Воробьева Е.В., канд.биол.наук, доцент ФГБОУВО «БГПУ им. М. Акмуллы» (Уфа, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМОРФИЗМОВ В ГЕНАХ ТР53, И1Г-1Л, еNOS ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К НЕРУГУЛИРУЕМОЙ ПРОЛИФЕРАЦИИ КЛЕТОК МОЛОЧНОЙ
ЖЕЛЕЗЫ
Аннотация. Выполнен обзор научной литературы последних лет для выяснения роли супрессора опухоли (ТР53), фактора один альфа индуцируемого гипоксией (ИШ-1А) и эндотелиальной синтетазы оксида азота (eNOS) в этиологии и патогенезе заболеваний, вызванных нерегулируемой пролиферацией.
Ключевые слова: онкология, гипоксия, И1Е-1А, eNOS, TP53.
Введение
Онкология - заболевание, которое способно затрагивать все органы и типы тканей организма человека, характеризуется нерегулируемой пролиферацией, приводящей к безграничному росту клеток [7]. Среди всех онкологических заболеваний лидирующую позицию занимает рак молочной железы, он развивается примерно у 1 из 8 женщин и связан с трагическим исходом больше, чем любой другой тип репродуктивного или эндокринно-связанного рака [3]. Онкосупрессор (ТР53), индуцируемый гипоксией фактор 1а (И1¥-1Л) эндотелиальная синтетаза оксида азота (eNOS) являются основными регуляторами роста опухоли, их активность участвует во множественных аспектах онкогенеза, включая пролиферацию опухолевых клеток, ангиогенез, метастазирование, инвазию и устойчивость к химиотерапии.
Целью данного исследования является изучение вклада супрессора опухоли (ТР53), фактора один альфа индуцируемого гипоксией (И1Г-1Л), эндотелиальной синтетазы оксида азота (eNOS) в этиологию и патогенеза ткани с нерегулируемой
пролиферации для выявления групп риска с предрасположенностью к возникновению онкологических заболеваний и персонифицированной предикции.
Основная часть
ТР53 — это ген, в котором наиболее часто обнаруживаются мутации, он располагается на хромосоме 17p13.1., кодирует соответствующий белок-супрессор опухолей р53.
Кодируемый белок имеет три основных домена: N-концевой сайт трансактивации, промежуточный участок ДНК-связывания и C-концевой сайт олигомеризации. Может стимулировать экспрессию генов, участвующих в ингибировании ангиогенеза, что может снизить вероятность образования опухоли [19].
В частности, TP53 G72C (rs1042522) полиморфизм связан с предрасположенностью к множественным злокачественным новообразованиям. Однонуклеотидный полиморфизм (CGC-CCC) обнаруживается в кодоне 72 четвертого экзона TP53, что приводит к замене аргинина (Arg) на остаток пролина (Pro) в белке [22].
Исследования, проведенные в 1998 году Розенталем и его научной группой, впервые показали связь между полиморфизмом G72C в гене TP53 и раком. Исследователи обнаружили, что британские женщины, гомозиготные по Arg, имели тенденцию к увеличению риска рака шейки матки в 7 раз по сравнению с женщинами с гетерозиготными Pro/Arg и гомозиготными Pro формы [25].
На сегодняшний день исследования TP53 направлены на анализ ассоциации данного полиморфизма с раком молочной железы, из-за преимущественного выявления при нерегулируемой пролиферации клеток груди. Так, аллель *С (Pro) сязывают с нарушением работы белка р53. Он активирует клеточный цикл в G1-фазе, определяя тем самым клеточную пролиферацию, увеличивает предрасположенность к быстрому разрастанию ткани и метастазированию за счет пропускания в фазу деления клеток с множественными нарушениями [26,29].
Точечные замены способны нарушать функции белка р53, такие как:
1. Задерживает митоз делящихся клеток, блокируя переход из G1-фазы в S-фазу и предоставляя системе репарации время устранить повреждения [ 23];
2. Принимает непосредственное участие в индукции митохондриального пути клеточной смерти;
3. Транскрипционо активирует проапоптотические гены-мишени и трансреспрессирует белки выживания [11].
Процесс неконтролируемого роста опухолевых клеток на различных этапах сопутствуется гипоксией, рак молочной железы не является исключением. Больше пятидесяти процентов крупных опухолей имеет гетерогенные участки с малым содержанием кислорода, что благоприятствует к быстрому увеличению объёма поражения и образованию вторичных очагов патологической ткани [ 30].
В норме р53 и HIF-1a находятся в низких концентрациях, при раковой гипоксии их уровень стремительно возрастает, формируется прямая конкуренция за аденовирусный ElA-ассоциированный клеточный белок-активатор транскрипции p300 [8]. При взаимодействии полиморфного варианта TP53, с HIF-1A усиливается повреждающее действие [21].
Гипоксия опухолевой ткани наиболее часто встречается при онкогенезе. Индуцируемый гипоксией фактор-1 альфа (HIF-1A) является критическим фактором транскрипции в клеточном ответе на недостаток кислорода в патологической ткани и рассматривается как неблагоприятный прогностический фактор при раке молочной железы [6].
Ген HIF-1A располагается на 14 хромосоме q23.2. Кодируемый белок в пространстве, с достаточным количеством кислорода, подвергается присоединению гидроксильных групп за счет пролилгидроксилаз (PHD) [4,10]. После, измененный HIF-1а способен взаимодействовать с белок-супрессор опухолей фон Гиппеля-Линдау (VHL), который служит субстрат-присваивающим компонентом комплекса убиквитинлигазы E3. Убиквитин способствует узнаванию модифицированного транскрипционного белка протеасомами, осуществляющими полную деградацию [20].
Рис. 1. Визуализация чувствительности и
адаптации белка Н1Р-1 к доступности кислорода [9].
В условиях гипоксии HIFa избегает как гидроксилирования через PHD, так и узнавания через VHL, что позволяет приводить к его димеризации с конститутивно экспрессируемым белком HIFp. Эта димеризация приводит к образованию функционального фактора транскрипции, который усиливает экспрессию ангиогенных факторов, гликолитических ферментов и сигнализаторов эритропоэза, среди других генов [28].
Наиболее часто исследуемым полиморфизмом в данном гене является C1772T (rs11549465), который приводит к замене аминокислоты пролина на серин в 582 положении [12]. Китайские исследователи группы Хуанг из Клинической Лаборатории Больницы Медицинского Университета Гуанси сделали вывод, что аллель *Т ассоциирован с повышенной экспресии HIF-1a. Такая вариация внутри домена ODD может влиять на стабильность белка за счет уменьшения сродства пролиновых остатков к пролилгидраксилазам, следовательно, HIF-1a не деградирует. Исследуемый белок активно димеризуется с HIF-1P, запуская HRE (Hypoxiа Responsive Element) активируя быстрый рост опухоли и ее инвазию [13,15,17].
Уровень содержания HIF-1a в клеточном пространстве регулируется не только TP53, но и eNOS. В норме низкий уровень экспрессии гена eNOS обеспечивает накоплению свободного железа для PHD, для деградации HIF-1a, что способствует снижению повреждающего фактора в опухоли [27]. Однако, высокая экспрессия гена eNOS увеличивает содержание HIF-1a за счет блокировки работы PHD, с помощью активации действия десферриоксамина-DFX. Так, запускаются механизмы приспособления клеток к активной нерегулируемой пролиферации [5].
Ген eNOS кодирует фермент NO-синтазу 3-го типа, отвечающий за синтез оксида азота клетками эндотелия, располагается в 7q36.1. Оксидсинтаза (NOS) синтезирует NO в катаболической реакции в присутствии L-аргинина и влияет на патологические состояния, включая рак, однако недавние исследования показали, что eNOS может ингибировать рост опухоли, инвазию и ангиогенез, особенно при раке молочной железы [24].
Оксид азота (NO) - это эндогенное химические соединение обеспечивающее межклеточное взаимодействие, является простым радикалом, легко образующим
ковалентные связи, так как имеет свободный электрон. NO синтезируется в организме группой цитохром-подобных гем-содержащих хромопротеинов - синтазами оксида азота из аргинина [1].
Оксид азота (NO) конститутивно синтезируется в эндотелии эндотелиальной синтазой оксида азота (eNOS) и действует как плейотропный регулятор, участвующий в канцерогенезе. Большинство видов рака молочной железы развиваются из эпителиальных клеток молочной железы; следовательно, NO может играть роль в их развитии. К такому выводу пришли Американские ученые онкологического сообщества проводившие исследования 2006 году, результаты которых показывают, что полиморфизм eNOS (T786C, rs2070744) может играть роль в развитии спорадического рака молочной железы [18].
Полиморфный вариант eNOS T786C (rs2070744) располагается в промоторной области. Мутация CCG-CTG ведет к замене пролина (Pro) на лейцин (Leu) [16]. Метаанализ, проведенный китайскими учеными в 2019 году показывает, что существует значительная связь между наиболее изученным полиморфизмом T786C и риском рака молочной железы.
Измененный, то есть мутантный аллель *C обладает большей способностью к взаимодействию репликационного белка A1 (RPA1), так, активированная высокая экспрессия NO, образует токсические дозы сильного окислителя, вызывающего множественные повреждения ДНК [14].
Токсический эффект осуществляется свободно радикальным соединением -пероксинитритом (ONOO-), формирующимся за счет соединения большого количество NO с супероксидным анион-радикалом (О2) [2].
Таким образом, канцерогенез нерегулируемой пролиферации молочной железы обусловлен многими генетическими и молекулярными факторами. Организм человека -единый механизм, изменения генов ведет к нарушению важнейших функций. Каждый ген вносит особый вклад, однако однонуклеотидные замен в нескольких генов могут способствовать усилению повреждающего эффекта. Только комплексное исследование метаболических путей и изучение взаимодействия аллелей генов позволит выявить, какой из факторов вносит наибольший вклад в опухолевое перерождение клеток.
В связи с этим, возникает необходимость изучения взаимодействия генов TP53, Ш¥-1А, eNOS при нерегулируемой пролиферации молочной железы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Урясьев О.М. Генетические факторы в развитии бронхиальной астмы: значение синтаз оксида азота / О.М. Урясьев, А.В Шаханов, А.И. Рогачиков // Земский врач. - 2015. - № 1. - С.20-23.
2. Кастранова В.П. // Биохимия. - 2004. № 1. - С.41-47.
3. Цыганов М.М., Ибрагимова М.К., Певзнер А.М., Гарбуков Е.Ю., Слонимская Е.М., Литвяков Н.В. Прогностическая значимость экспрессии гена BRCA1 у больных раком молочной железы // Успехи молекулярной онкологии. - 2019. - № 6. -С.55-60.
4. Bruick R.K., McKnight S.L. A conserved family of prolyl-4-hydroxylases that modify HIF // Science. - 2001. - Vol. 294, N. 7. - P. 1337-1340.
5. Brune B., Zhou J. Nitric oxide and superoxide: interference with hypoxic signaling // Cardiovascular research. - 2007. - Vol. 75, N. 6. - P. 275-282.
6. Campbell E.J., Dachs G.U., Morrin H.R., Davey V.C., Robinson B.A., Vissers C.M. Activation of the hypoxia pathway in breast cancer tissue and patient survival are inversely associated with tumor ascorbate levels // BMC Cancer. - 2019. - Vol. 19, N. 1. - P. 307-310.
7. Carrassa L. Cell cycle, checkpoints, cancer // Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology. - 2013. - Vol. 30, N. 5. - P. 67-75.
8. Chen D., Li M., Luo J., Gu W. Direct interactions between HIF-1 alpha and Mdm2 modulate p53 function // J Biol Chem. - 2003. - Vol. 18. N. 16. - P. 13590-13595.
9. Dr. Guido Hegasy - Own work. HIF Nobel Prize Physiology Medicine 2019 Hegasy ENG.png.
10. Epstein A.C., Gleadle J.M., McNeill L.A., Hewitson K.S., O'Rourke J., Mole D R., Mukherji M., Metzen E., Wilson M.I., Dhanda A., et al. C. elegans EGL-9 and mammalian homologs define a family of dioxygenases that regulate HIF by prolyl hydroxylation // Cell. -2001. - Vol. 67, N. 107. - P. 43-54.
11. Erster S., Mihara M., Kim R.H., Petrenko O, Moll UM. In vivo mitochondrial p53 translocation triggers a rapid first wave of cell death in response to DNA damage that can precede p53 target gene activation // Mol Cell Biol. - 2004. - Vol. 24, N. 15. - P. 6728-6741.
12. Gladek I., Ferdin J., Horvat S., Calin G.A., Kunej T. HIF1A gene polymorphisms and human diseases: Graphical review of 97 association studies // Genes Chromosomes Cancer. - 2017. - Vol. 56, N. 6. - P. 439-452.
13. Huang L., Li M.Q., Ou C., Huang W.C., Liu J.F., Huang H. Association of hypoxia-inducible factor-1 alpha gene polymorphism with breast cancer // J Cancer Res Ther. - 2018. - Vol. 14, N. 4. - P. 1105-1109.
14. Hung W.C., Wu T.F., Ng S.C, et al. Involvement of endothelial nitric oxide synthase gene variants in the aggressiveness of uterine cervical cancer // J.Cancer. - 2019. -Vol. 10, N. 12. - P. 2594-2600.
15. LaGory E.L., Giaccia A.J. The ever-expanding role of HIF in tumour and stromal biology // Nat Cell Biol. - 2016. - Vol. 18, N. 4. - P. 356-365.
16. Liang X., Li H., Coussy F., Callens C., Lerebours F. An update on biomarkers of potential benefit with bevacizumab for breast cancer treatment: Do we make progress? // Chin Cancer Res. - 2019. - Vol. 31, N.4. - P. 586-600.
17. Liu Z.J., Semenza G.L., Zhang H.F. Hypoxia-inducible factor 1 and breast cancer metastasis // J Zhejiang Univ Sci B. - 2015. - Vol. 16, N. 1. - P. 32-43.
18. Lu J., Wei Q., Bondy M.L., Yu T.K., Li D., Brewster A., Shete S., Sahin A., Meric-Bernstam F., Wang L.E. Promoter polymorphism (-786t>C) in the endothelial nitric oxide synthase gene is associated with risk of sporadic breast cancer in non-Hispanic white women age younger than 55 years // Cancer. - 2006. - Vol. 107, N. 9. - P. 2245-2253.
19. Mantovani F., Collavin L., Del Sal G. Mutant p53 as a guardian of the cancer cell // Cell Death Differ. - 2019. - Vol. 26, N. 2. - P. 199-212.
20. Maxwell P.H., Wlesener M. S., Chang G. W., et al. The tumour suppressor protein VHL targets hypoxia-inducible factors for oxygen-dependent proteolysis // Nature. -1999. - Vol. 399, N. 4. - P. 271-275.
21. Parandavar E., Yazdanparast R. Differential impact of various reactive oxygen species (ROS) on HIF-1a/p53 direct interaction in SK-N-MC neuroblastoma cells // Cell Biosci. - 2017. - Vol. 7, N. 3. - P. 47-52.
22. Pim D., Banks L. p53 polymorphic variants at codon 72 exert different effects on cell cycle progression // Int J Cancer. - 2004. - Vol. 108, N. 3. - P. 196-199.
23. Rosh, V. Rotter. When mutants gain new powers: news from the mutant p53 field // Nature Rev. Cancer. - 2009. - Vol. 9. - P. 701-713.
24. Rao C.V. Nitric oxide signaling in colon cancer chemo-prevention // Mutat Res. - 2004. - Vol. 555, N. 1. - P. 107-119.
25. Rosenthal A., Ryan A., Al-Jehani R.M., Storey A., Harwood C.A., Jacobs I.J. p53 codon 72 polymorphism and risk of cervical cancer in UK // Lancet. - 1998. - Vol. 45, N. 352. - P. 871-872.
26. Sun Z., Gao W., Cui J.T. Effect of TP53 rs1042522 on the susceptibility of patients to oral squamous cell carcinoma and oral leukoplakia: a meta-analysis // BMC Oral Health. - 2018. - Vol. 18, N. 1. - P. 140-143.
27. Taylor C.T., Moncada S. Nitric oxide, cytochrome C oxidase, and the cellular response to hypoxia // Arterioscler Thromb Vasc Biol. - 2010. - Vol. 30, N. 3. - P. 643-647.
28. Wohlrab C., Vissers M.C.M., Phillips E., Morrin H., Robinson B.A., Dachs G.U. The association between ascorbate and the hypoxia-inducible factors in human renal cell carcinoma requires a functional Von Hippel-Lindau protein // Front Oncol. - 2018. - Vol. 65, N. 8. P. 574-580.
29. Yang T., Wen Y., Li J., et al. Association of the TP53 rs1042522 C>G polymorphism and hepatoblastoma risk in Chinese children // J Cancer. - 2019. - Vol. 10, N. 15. - P. 3444-3449.
30. Zhou C.H., Zhang X.P., Liu F., Wang W. Modeling the interplay between the HIF-1 and p53 pathways in hypoxia // Sci Rep. - 2015. - Vol. 30, N. 5. - P. 134-138.
