CC BY
306
Раздел - обзоры
Молекулярно-генетические характеристики рака желудка
Шайхаев Е.Г. Лыгдынова Б.Л
ФГБУ «Российский научный центр рентгенорадиологии» Министерства Здравоохранения Российской Федерации, г. Москва 117997, ГСП-7, ул. Профсоюзная, д. 86 (ФГБУ «РНЦРР» Минздрава России). Авторы
Шайхаев Евгений Гаджирамазанович - к.б.н, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии и цитогенетики ФГБУ РНЦРР
Лыгдынова Баирма Лыгдыновна - заочный аспирант ФГБУ РНЦРР Контактное лицо
Шайхаев Евгений Гаджирамазанович. ФГБУ «Российский научный центр рентгенорадиологии» Министерства Здравоохранения Российской Федерации, г. Москва 117997, ГСП-7, ул. Профсоюзная, д. 86 (ФГБУ «РНЦРР» Минздрава России). Тел. 8(916)645-79-56. e-mail: [email protected] Резюме
Данная работа представляет собой обзор молекулярно-генетических исследований рака желудка. Отображены характеристики наследственных генетических изменений, ассоциированных с высоким риском развития заболевания. Подробно представлен молекулярно-генетический портрет опухолей желудка; описаны соматические генетические и эпигенетические характеристики, которые определяют молекулярные особенности патогенеза, а также могут выступать в качестве диагностических, прогностических и терапевтических маркеров.
Ключевые слова
Рак желудка, молекулярная генетика, онкогенетика, мутации, эпигенетические изменения
Molecular genetic characteristics of gastric cancer
Shaikhaev E.G., Ligdinova B.L.
117997. Moscow, Profsoyuznaya str., 86, Federal State Budgetary Institution Russian Scientific Center of Roentgenoradiology (RSCRR) of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation (Russian Scientific Center of Roentgenoradiology). Summary
This paper is an overview of molecular genetic studies of gastric cancer. The characteristics of hereditary genetic changes associated with a high risk of developing the disease are presented. A molecular genetic portrait of stomach tumors is presented in detail. Special attention is paid to somatic genetic and epigenetic changes that determine the molecular features of pathogenesis, and can be diagnostic, prognostic and therapeutic markers. Key words
Gastric cancer, molecular genetics, oncogenetics, mutations, epigenetic changes Введение
Рак желудка занимает второе место среди причин смерти от онкологических заболеваний. Пятилетняя относительная выживаемость больных низкая, по разным данным составляет 20 - 30%. Несмотря на общее снижение заболеваемости, ежегодно фиксируется порядка 700 000 случаев смерти от рака желудка [14].
К внешним факторам риска развития заболевания относят особенности питания, курение, злоупотребление алкоголем, наличие хронических заболеваний желудка (гастриты и язвенная болезнь), инфицирование патогенными штаммами H. Pylori [33, 38, 54].
В настоящее время также имеется немало данных, свидетельствующих о большой роли наследственных факторов в развитии рака желудка [13, 15, 19, 21]. Наряду с наследственными генетическими изменениями, ассоциированными с риском развития рака желудка, большой интерес представляют соматические генетические изменения,
происходящие уже непосредственно в самой клетке и «обеспечивающие» ее всеми необходимыми для дальнейшего развития онкогенными свойствами [51, 29, 59].
Исследования молекулярно-генетических характеристик рака желудка, помимо того, что дают еще большие представления о патогенезе, могут иметь непосредственное клиническое значение, так как направлены на выявление прогностических и диагностических маркеров, а также на поиск новых «мишеней» для терапевтических препаратов.
В данном обзоре мы предприняли попытку охватить самые значимые результаты последних исследований, затрагивающих молекулярно-генетические аспекты рака желудка.
Наследственные факторы рака желудка
Наряду с внешними факторами, в патогенезе рака желудка большое значение имеют различные наследственные генетические изменения. Некоторые последние исследования показывают, что определенные комбинации (генотипы) однонуклеотидных полиморфизмов (single nucleotide polymorphism - SNP) в генах цитокинов IL-1b, IL-1RN, TNF-a, IL-10 ассоциированы с риском развития рака [13, 15, 43]. Для разных популяций характерны разные частоты встречаемости аллелей данных SNP, что проявляется и различиями в заболеваемости раком желудка среди популяций. Например, мета-анализ различных генетических данных показал, что азиатские популяции, за счет повышенной частоты определенных аллелей, имеют повышенный риск развития рака желудка по сравнению с другими популяциями [6, 43].
Наследственные синдромы, проявляющиеся развитием рака желудка редки (1-3% от всех случаев). Их можно разделить на три типа: семейный интестинальный рак желудка, наследственный диффузный рак желудка, синдром желудочной аденокарциномы и проксимального полипоза желудка [40]. В настоящее время наследственных мутаций, ассоциированных с семейным интестинальным раком желудка, не обнаружено.
Наследственный диффузный рак желудка, характеризующийся ранним возрастом начала заболевания, имеет ярко выраженный семейный анамнез и примерно в 45% случаев ассоциирован с мутациями в гене-супрессоре CDH1 [19, 21]. Ген CDH1 кодирует Е-кадгерин - кальций-зависимый трансмембранный гликопротеин, который обеспечивает межклеточную адгезию, а также, связываясь с актиновыми филаментами через белки катеины, участвует в поддержании формы и структуры клетки. Кроме этого, E-кадгерин воздействует на различные сигнальные пути, например, Wnt, NF-kB, а также сигнальные пути Rho ГТФаз [32].
Большинство наследственных мутаций гена CDH1 приводит к тому, что синтезируется короткий и нефункциональный белок, который не обеспечивает должную адгезию и регуляцию упомянутых выше сигнальных путей. Данные нарушения способствуют повышению выживаемости, прогрессии, миграции и инвазии опухолевых клеток [32].
Более редко наследственный рак желудка ассоциируется с мутациями в генах CTNNA1, BRCA2 и STK11 [40]. В 2012 году был описан синдром желудочной аденокарциномы и проксимального полипоза желудка. Данный синдром характеризуется аутосомно-доминантным типом наследования полипоза желез дна желудка с признаками аденокарциномы, но точные генетические причины пока не известны [60]. Также рак желудка может быть проявлением других наследственных синдромов, таких как синдром Ли-Фраумени и синдром Линча [40].
Молекулярно-генетические характеристики рака желудка
Благодаря современным высокопроизводительным методам молекулярно-генетического анализа, на сегодняшний день составлен подробный список генетических изменений, происходящих при развитии рака желудка и потенциально являющихся его «движущей силой». К ним относятся точковые генные мутации, протяженные делеции и инсерции (Copy Number Variations - CNV), структурные хромосомные изменения,
эпигенетические изменения, изменения, затрагивающие мРНК (например, альтернативный сплайсинг), изменения экспрессии генов. Генные мутации
Как и большинство солидных опухолей, рак желудка характеризуется большим разнообразием точковых соматических мутаций в различных генах. Современные исследования, проведенные с использованием методов секвенирования нового поколения (NGS - New Generation Sequencing) показывают, что в образцах опухолевой ткани рака желудка обнаруживается примерно 50-70 несинонимических точковых мутаций. Данный показатель сопоставим с уровнем мутаций при раке кишечника и раке пищевода [56].
Среди генов, мутации в которых являются «движущей силой» рака желудка, ген-супрессор TP53 мутирует наиболее часто (примерно в 50% случаев). TP53 активируется в ответ на генотоксические стрессы, его белковый продукт инициирует остановку клеточного цикла, репарацию ДНК и апоптоз. Мутации в гене TP53 приводят к нарушению данных процессов, они в основном обнаруживаются в 5-8 экзонах, кодирующих в белке TP53 функционально важный ДНК-связывающий сайт [18].
Помимо гена TP53, большая роль в генезе рака желудка принадлежит точковым мутациями в генах Wnt - сигнального пути, таких как CDH1, APC, CTNNB1. Мутации в данных генах способствуют накоплению Р-катеина (белкового продукта гена CTNNB1) в цитоплазме и последующему переносу его в ядро, где он, ассоциируясь с транскрипционным фактором TCF/LEF, стимулируют экспрессию онкогенов C-myc и циклин D1 и, тем самым, способствует прогрессии опухоли [44]. Кроме этого, повышению выживаемости и прогрессии опухолевых клеток способствует точковые мутации в гене CDH1. Как и в случае с наследственными мутациями, соматические точковые мутации в гене CDH1 также способствуют снижению адгезии опухолевых клеток. При этом, данные мутации наиболее характерны именно для диффузного рака желудка [32].
Как и многие опухоли, рак желудка характеризуется клинически значимыми мутациями в генах KRAS, PIK3CA, SMAD4 (участники RAS/MAPK, Р13К/АКТ и ТОБЬ -сигнальных путей). Хорошо известно, что мутации в 12-13 кодонах гена KRAS могут служить важным прогностическим маркером и определять чувствительность или резистентность опухоли к различным терапевтическим препаратам. Мутации в 9 и 20 экзонах гена PIK3CA делают опухоль более чувствительными к различным ингибиторам РГКЗ/Лк/шТОЯ и таким образом служат положительным фактором при лечении [48].
В результате совсем недавних КОБ-исследований в образцах опухолевой ткани рака желудка с довольно высокой частотой (10-15%) были обнаружены мутации в генах ARID1A и RHOA [23, 55]. Ген ARID1A кодирует компонент SWI/SNF хроматин-ремоделирующего комплекса, который играет важную роль в клеточной пролиферации посредством контроля регуляторов клеточного цикла CCNE1 и E2F1. Мутации в гене ARID1A обнаруживаются практически во всех экзонах и приводят к инактивации его белкового продукта [55]. Ген RHOA кодирует белок, который участвует в реорганизации актинового цитоскелета, тем самым способствует поддержанию формы и стабильности клетки. Мутации в гене RHOA1 характерны для диффузного рака желудка и, в отличие от гена ARID1A, затрагивают, в основном, определенные кодоны (Лг§5, О1у17, Туг42), расположенные в 1 экзоне. Функциональный анализ данных мутаций показал, что они делают клетки более резистентными к аноикису - особому типу апоптоза, происходящему в ответ на утрату связи клетки с внеклеточным матриксом, а также в ответ на «неправильную» адгезию клетки [23].
Наряду с мутациями, которые встречаются с высокой частотой, были выявлены и более редкие, но не менее значимые для генеза рака желудка мутации. Например, это мутации в генах: MUC6 (кодирует желудочный муцин), BCOR (кодирует ко-репрессор фактора транскрипции БСЬб), RNF (кодирует регулятор Wnt-сигнального пути), HLAB и B2M (компоненты главного комплекса гистосовместимости). В частности, было показано,
что мутации в генах HLAB и B2M приводят к снижению противоопухолевого иммунного ответа при презентации новых опухолевых антигенов [3, 63].
Объединенный анализ всех мутантных генов (вне зависимости от их значения для развития рака желудка) показал, что большая их часть имеет функциональную принадлежность к двум клеточным процессам: клеточной адгезии и ремоделированиеюхроматина [36, 63]. Недавние исследования продемонстрировали, что нарушение данных процессов происходит на самых ранних этапах развития рака желудка, еще в «премалигнизирующей» ткани [25, 49].
В настоящее время актуальны исследования закономерностей процессов клональной эволюции опухолевых клеток желудка, направленные на обнаружение точковых мутаций, возникающих как в первичной опухоли, так и в клетках метастазов. Такие исследования позволяют четко разделить мутации, возникающие при инициации развития рака желудка и мутации, возникающие при его прогрессии. Обнаружение таких мутаций, в свою очередь, дает предпосылки для разработки новых таргетных терапевтических средств для лечения метастазирующих опухолей [16, 24]. CNV и другие хромосомные изменения
CNV (Copy Number Variations) - структурные изменения, проявляющиеся делециями или наоборот амплификациями (увеличение числа копий) хромосомных сегментов длиной от 1 тысячи до нескольких миллионов пар нуклеотидов. CNV также играют важную роль в механизмах активации онкогенов и инактивации генов-супрессоров [10, 11].
На сегодняшний день в результате крупномасштабных геномных исследований в образцах опухолевой ткани рака желудка выявлено немало генов, которых затрагивает данный механизм. Например, с высокой частотой (30-40%) выявлены амплификации с участием генов HER2, EGFR, MET (RTK/RAS/MAPK - сигнальный путь) [10]. Амплификация этих генов приводит к повышению экспрессии соответствующих белков-
рецепторов. Данные белки являются терапевтическими мишенями для противоопухолевых препаратов, например трастузумаба (назначается при амплификации HER2) и нимотузаба (находится в стадии клинических испытаний как блокатор EGFR) [11]. Также, при раке желудка с высокой частотой обнаруживается амплификация гена VEGFA, кодирующего медиатор ангиогенеза. Учитывая большую роль антиангиогенных препаратов при лечении рака желудка, выявление амплификации VEGFA в дальнейшем может иметь актуальное значение [39]. При EBV-положительном (Эпштейн-бар положительном) РЖ часто обнаруживается амплификация генов PD-L1, PD-L2, кодирующих специальные ингибирующие рецепторы. Взаимодействие лиганда с данными рецепторами приводит к ингибированию Т-клеток и снижению продукции цитокинов, что приводит к «уходу» опухолевой клетки из-под влияния иммунной системы. Амплификация генов PD-L1, PD-L2 может служить показанием к применению иммунотерапевтических препаратов [3].
При раке желудка клиническое значение имеет амплификация генов CCND1, CCNE1, CDK4/6, контролирующих клеточный цикл. В случае амплификации данных генов могут применяться препараты - ингибиторы циклинзависимых киназ [24]. При этом важно отметить, что амплификация генов контроля клеточного цикла часто происходит совместно с амплификацией генов сигнального пути RTK/RAS/MAPK. В результате подобной ко-амплификации, препараты, ингибирующие сигнальный путь RTK/RAS/MAPK, дают более низкие результаты лечения. Например, ко-амплификации генов CCNE1 и HER2 при раке молочной железы делает опухоль более резистентной к трастузумабу, а при раке желудка - к нимотузабу [46].
К еще одному классу генов, которые амплифицируются при раке желудка, относятся гены факторов транскрипции, такие как GATA4, GATA6, KLF5, MYC, OCT1 [6, 45, 47]. Повышенная экспрессия GATA транскрипционных факторов может наблюдаться в нормальной ткани желудка, но также является и одним из признаков ранних этапов
малигнизации [20]. Данные факторы транскрипции (белковые продукты амплифицируемых генов), взаимодействуя друг с другом, активируют другие гены, которые также вовлечены в генез рака желудка. На сегодняшний день, терапевтические «агенты», воздействующие на транскрипционные факторы, находятся пока в стадии разработки [61].
Наряду с амплификацией онкогенов, при раке желудка часто случаются делеции генов-супрессоров, участвующих в регуляции клеточного цикла, репарации ДНК и апоптозе, например, таких как WWOX, RB1, PARK2, FHIT, CDKN2A/B [10].
Как отмечалось выше, наследственные мутации в гене-супрессоре CDH1 ассоциированы с высоким риском развития диффузного рака желудка. При этом для полной утраты функции гена, необходима инактивация второй нормальной копии, лежащей на другой хромосоме. Делеция гена CDH1 в опухолевой ткани как раз является одним из механизмов потери второй копии, т.е., «потери гетерозиготности» (LOH - loss of heterozygosity). В целом, делеции гена CDH1 при раке желудка встречаются с высокойчастотой вне зависимости от гистологического типа и, как правило, ассоциируются с плохим прогнозом [8].
Делеции при раке желудка также затрагивают не кодирующие белок гены, например ген микроРНК mir-101a. МикроРНК mir-101a участвует в посттранскрпиционной регуляции экспрессии гена гистоновой метилтрансферазы EZH2. Снижение количества mir-101a способствует увеличению экспрессии EZH2, что приводит к репрессии многих генов-супрессоров и, как следствие, развитию опухоли [4].
Помимо делеций и амплификаций в опухолевых клетках рака желудка были отмечены случаи транслокаций (перенос участка хромосомы на другую хромосому) и инверсий (разворот участка хромосомы на 180°). В результате таких структурных изменений может происходить слияние двух генов, что, в свою очередь, приводит либо к синтезу нового химерного белкового продукта, либо к увеличению экспрессии одного из
генов за счет «предоставления» ему промоторных или регуляторных областей другим геном [12]. Например, обнаружена транслокация, приводящая к слиянию двух генов BRAF и AGTRAP с образованием гибридного гена AGTRAP-BRAF. Белковый продукт гибридного гена AGTRAP-BRAF, включающий в себя киназный домен белка BRAF с C-конца и рецептор-ассоциированный домен ангиотензина-2 c N-конца, является более активными по сравнению с нормальным белком BRAF. При этом клетки, содержащие ген AGTRAP-BRAF, имеют повышенную чувствительность к BRAF-ингибитору сорафенибу [42].
Подобным образом, вследствие транслокации, происходит образование гибридного гена SLC34A2-ROS1 (ранее это сочетание было обнаружено при немелкоклеточном раке легкого). Ген ROS1, кодирующий тирозинкиназный рецептор, имеет высокую степень гомологии с геном ALK, в связи с этим клетки, содержащие гибридный ген SLC34A2-ROS1, проявляют более высокую чувствительность не только к специфичным ROS-ингибиторам, но и к ALK-ингибитору кризотинибу [30].
Еще одним примером слияния двух генов служит возникающий в результате инверсии на 11 хромосоме гибридный ген CD44-SLC1A2. Ген CD44-SLC1A2 включает в себя промоторный регион гена CD44 и кодирующую область гена SLC1A2. Ген SLC1A2 кодирует белок-переносчик глутамата (важного субстрата для метаболизма опухолевых клеток) [52]. «Присоединение» промоторной области гена CD44 к гену SLC1A2 способствует увеличению экспрессии последнего, и в результате, за счет повышенного накопления глутамата в клетке, возникают благоприятные условия для развития опухоли. Интересно отметить, что данное гибридное сочетание наиболее характерно для интестинального рака желудка [17].
При диффузном раке желудка выявлен гибридный ген CLDN18-ARHGAP26. Было показано, что клетки, содержащие гибридный ген CLDN18-ARHGAP26 имеют резко сниженную способность к адгезии, как с другими клетками, так и с межклеточным матриксом. Белок ARHGAP26 является активатором ГТФазы RHOA [62]. Как уже
отмечалось, точковые мутации в гене RHOA (как и в гене CDH1) также характерны для диффузного рака желудка. В результате, прослеживается определенная связь между нарушением регуляции процессов адгезии и развитием именно диффузного типа рака желудка [3].
Из выше приведенных примеров следует, что обнаружение гибридных генов может иметь значение для выбора терапии, а также, ввиду специфичности некоторых гибридных сочетаний для определенных гистологических типов опухолей, может служить важным диагностическим маркером.
Эпигенетические изменения: метилирование ДНК и модификация гистонов
Под эпигенетической регуляцией подразумевается изменение активности генов без изменения их нуклеотидного состава. Эпигенетические модификации могут затрагивать непосредственно ДНК, например метилирование цитозинов в СО-последовательностях (СрО - островки), расположенных в промоторах генов. С метилированными последовательностями связываются специфичные СрО-связывающие белки, блокирующие транскрипционные факторы и таким образом ингибирующие экспрессию. Посредством метилирования, ацетилирования и фосфолирования могут модифицироваться белки-гистоны, участвующие в упаковке нитей ДНК в хромосомах. Данные модификации гистонов могут приводить к формированию как «открытых» (эухроматин), так и «закрытых» хроматиновых структур (гетерохроматин) и тем самым стимулировать, или ингибировать экспрессию различных генов [27].
В генезе рака желудка большая роль отводится метилированию СрО-островков промоторных областей различных генов-супрессоров. Например, наряду с уже упоминавшимися соматическими точковыми мутациями и делециями, ген CDH1 (примерно в 30% случаев) характеризуется гиперметилированием своего промотора. При этом в случае наследственных мутаций, наряду с «потерей гетерозиготности» (см. выше), метилирование промотора гена CDH1 также является частым механизмом инактивации
второго нормального аллеля. Гиперметилирование промотора гена CDH1 снижает его экспрессию и, соответственно, экспресиию белка-рецептора E - кадгерина, что вызывает ослабление межклеточной адгезии и последующую стимуляцию роста и прогрессии опухолевых клеток [32]. Гиперметилирование промотора характерно и для других генов-супрессоров (RUNX3, p16, hMLH1), участвующих в регуляции клеточного цикла и репарации ДНК, снижение экспрессии которых также повышает вероятность развития опухоли [37].
Заметное увеличение выживаемости наблюдается у больных раком желудка при повышенной экспрессии в опухоли гена PLA2G2A, кодирующего фосфолипазу. В экспериментах in vitro показано, что снижение экспрессии PLA2G2A приводит к увеличению миграции и инвазивной способности клеток. В связи с этим, метилирование промотора гена PLA2G2A ассоциировано c развитием более агрессивных форм рака желудка и является фактором плохого прогноза [16].
Метилирование промоторов генов SULF2 и WRN может являться предиктивным маркером ответа на химиотерапевтическое лечение. Пациенты с метилированием промоторов данных генов характеризуются более высокой выживаемостью в виду повышенной чувствительности к ингибиторам топоизомеразы-1 [57].
Высокопроизводительные методы анализа метилирования геномов позволили обнаружить в опухолевой ткани рака желудка метилированные участки в большом количестве генов и таким образом выявить так называемые «метиляторные фенотипы» (CpG island methylation phenotype - CIMP) [53]. Пациенты с данным фенотипом характеризуются молодым возрастом и более агрессивным течением заболевания [65]. Клетки, имеющие метиляторный фенотип, демонстрируют более высокую чувствительность к децитабину - ингибитору метилтрансферазы. Также интересно отметить, что исключительно высокий уровень метилирования демонстрируют EBV-положительные опухоли [34].
По сравнению с метилированием ДНК примеров эпигенетической регуляции посредством модификации гистонов при раке желудка описано не так много. Например, частым событием при раке желудка является тройное метилирование лизина в положении 37 в гистоне H3, в результате чего может происходить подавление экспрессии большого количества (около сотни) генов [64].
В более поздних исследованиях с применением высокопроизводительных методов анализа иммунопреципитации хроматина и секвенирования ДНК (ChiP-seq) в образцах опухолевой ткани желудка (по сравнению с нормальной тканью) выявлено множество участков модификации гистонов и ассоциированных с ними альтернативных промоторных и энхансерных элементов. Активация данных элементов приводит к синтезу альтернативных молекул РНК (транскриптов), а, следовательно, и к синтезу новых изоформ белков. Например, продуцируется укороченный вариант тирозинкиназного рецептора MET, лишенный важного регуляторного домена SEMA [35]. В дальнейшем подобные исследования помогут еще больше раскрыть механизмы функционирования данных альтернативных элементов и оценить возможность их применения в качестве клинических маркеров.
Транскриптомные исследования при раке желудка
В клетках нормальных и опухолевых тканей содержится большое количество (от ста тысяч до миллиона) мРНК, транскрибируемых с различных генов. За счет изменения регуляции экспрессии генов в разных тканях данный набор мРНК, называемый транскриптомом, также может иметь свои особенности.
Серьезным стимулом для транскриптомных исследований послужило развитие технологии ДНК-микрочипов (DNA-microarray). В основе метода лежит гибридизация закрепленных на твердой подложке одноцепочечных молекул ДНК (известной последовательности, соответствующей определенным генам) с исследуемой ДНК (в данном случае это кДНК - флуоресцентно-меченые молекулы ДНК, полученные в
результате их синтеза (обратной транскрипции) с мРНК). В связи с тем, что данные чипы способны нести на себе десятки тысяч зондов, возникает возможность количественного анализа большого разнообразия кДНК, т.е. оценки профиля экспрессии множества генов [2].
Ранние исследования с использованием ДНК-микрочипов показали, что ткани желудка при разных патологических состояниях, таких как хронический гастрит, кишечная метаплазия, интенстинальный и диффузный раки (следующие друг за другом этапы развития опухоли), с одной стороны имели схожие уровни экспрессии определенных генов, с другой стороны, по некоторым генам характеризовались различными экспрессионными характеристиками. Данные различия свидетельствуют о том, что изменения экспрессии генов также являются существенными событиями при развитии рака желудка [1].
Позднее, при исследовании экспрессии генов в опухолевых тканях были выявлены различные молекулярные подтипы рака желудка, характеризующиеся специфическими морфологическими и клиническими особенностями. Например, на основании анализа экспрессионных профилей порядка 171 гена, внутри линии опухолевых клеток рака желудка были выделены два подтипа (условно названные G-INT и G-DIF), имеющих разные экспрессионные характеристики. Такие же подтипы были выявлены в результате анализа экспрессии этих же генов, но уже в опухолевых тканях больных раком желудка. При этом прослеживалось определенное совпадение между О-ЮТ и G-DIF подтипами и типами интестинального и диффузного рака [50]. В дальнейшем, в результате исследований экспрессионных характеристик порядка 250 опухолевых образцов, данная классификация была преобразована до трех молекулярных подтипов: пролиферативный, мезенхимальный и метаболический, которые имели свои геномные и клинические особенности. Например, опухоли пролиферативного подтипа отличались высоким уровнем геномной нестабильности и мутаций в гене TP53, а также высоким уровнем
метилирования генома. Опухолевые клетки метаболического подтипа оказались высокочувствительными к препарату 5-фторуроцил. Опухолевые клетки мезенхимального подтипа были более чувствительны к ингибиторам PIK3/Akt/mTOR [9].
Помимо этого, исследования с использованием ДНК-микрочипов были направлены на поиск генов, оценка уровня экспрессии которых позволила бы делать выводы о прогнозе заболевания. Например, в опухолях желудка было идентифицировано шесть генов ^ШЖ1, EXOSC3, TOP2A, LBA1, LZTR1, CCL5), определенные экспрессионные профили которых ассоциировались с развитием рецидивов после операции [7]. В другом исследовании были выявлены восемь генов (LAMP5, CDC25B, CDK1, ^№4, LTB4R2, MATN3, NOX4, TFDP1), экспрессия которых ассоциировалась с плохим прогнозом у больных второй стадии, прошедших хирургическое лечение и получавших адъювантную химиотерапию, по сравнению с больными, имеющими также вторую стадию, но не получавших адъювантную терапию [31].
Анализ транскриптомных данных позволил выявить клеточные метаболические пути, изменения регуляции которых также являются важными событиями с клинической точки зрения [41]. Например, была продемонстрирована повышенная экспрессия ядерного фактора гепатоцитов - Н№Ча, активность которого посредством ингибирования регулируется киназой АМРКа. Хорошо известно, что АМРКа является мишенью для некоторых активирующих его терапевтических препаратов, например метформина. Активация АМРКа приводит к ингибированию Н№Ча, что, в свою очередь, приводит к подавлению его онкогенных свойств [5]. Н№Ча способен воздействовать на WNT5A -регулятор WNT-сигнального пути. В связи с этим сигнальный каскад AMPK-HNF4a-WNT также становится перспективным в качестве мишени для новых таргетных терапевтических средств [26].
С помощью еще более совершенного метода анализа транскриптома -высокопроизводительного секвенировния РНК (N08) (позволяющего оценивать не только
количество транскриптов, но и определять их нуклеотидный состав) были выявлены разные варианты транскриптов, отличающиеся друг от друга по длине. Известно, что мРНК (транскрипт) образуется из пре-мРНК в результате удаления интронов и «сшивания» экзонов в одно целое (сплайсинг). В некоторых случаях, вместе с интронами удалению подлежат и некоторые экзоны и образуются альтернативные варианты транскриптов (отличающиеся по длине), а сам процесс носит название альтернативный сплайсинг [58]. В результате альтернативного сплайсинга на поверхности опухолевых клеток желудка экспрессируется гликопротеин CD44v8-10, который является альтернативным вариантом повсеместно экспрессированного гликопротеина CD44. Вариант CD44v8-10, в большей степени стабилизирует хСТ (цистиин/глутамат переносчик), благодаря чему происходит накопление в клетке цистиина, необходимого для синтеза восстановленного глутатиона [28]. Глутатион является антиоксидантом и защищает опухолевые клетки от активных форм кислорода, содержащихся в микроокружении опухоли. Таким образом, высокая экспрессия CD44v8-10 ассоциирована с лучшей выживаемостью и повышенной резистентностью опухоли к химио- и лучевому лечению. Сам гликопротеин CD44v8-10 может быть потенциальной мишенью для разработки новых препаратов [22]. Заключение
Патогенез рака желудка на молекулярно-генетическом уровне представляет собой сложный комплексный процесс, включающий в себя множество генетических и эпигенетических изменений.
За последние годы, благодаря разработке новых высокопроизводительных методов генетического анализа, достигнуты немалые успехи в изучении молекулярно-генетических характеристик рака желудка, выявлены клеточные метаболические пути, вовлеченные в развитие заболевания, а также новые прогностические и диагностические маркеры.
Однако, ввиду большого количества генетических изменений, опухолевые клетки желудка обладают высоким уровнем прогрессии, инвазии и метастазирования, а сам рак желудка продолжается оставаться высоколетальным, тяжелым для лечения заболеванием. В связи с этим, дальнейшие исследования молекулярно-генетических особенностей рака желудка, направленные в первую очередь на поиск новых терапевтических маркеров, продолжают оставаться актуальными.
Список литературы
1. Boussioutas A., Li H., Liu J., et al. Distinctive patterns of gene expression in premalignant gastric mucosa and gastric cancer. Cancer Res. 2003. V. 63. N. 10. P. 2569-2577.
2. Bumgarner R DNA microarrays: Types, Applications and their future. Curr Protoc Mol Biol. 2013. 0 22: Unit-22.1. doi:10.1002/0471142727.mb2201s101.
3. Cancer Genome Atlas Research N. Comprehensive molecular characterization of gastric adenocarcinoma. Nature. 2014. V. 513. N. 7517. P. 202-209.
4. Carvalho J., van Grieken N.C., Pereira P.M., et al. Lack of microRNA-101 causes E-cadherin functional deregulation through EZH2 up-regulation in intestinal gastric cancer. J Pathol. 2012. V. 228. N. 1. P. 31-44.
5. Chang H.R., Nam S., Kook M.C., et al. HNF4alpha is a therapeutic target that links AMPK to WNT signalling in early-stage gastric cancer. Gut. 2016. V. 65. N. 1. P. 19-32.
6. Chia N.Y., Deng N., Das K., et al. Regulatory crosstalk between lineage-survival oncogenes KLF5, GATA4 and GATA6 cooperatively promotes gastric cancer development. Gut. 2015. V. 64. N. 5. P. 707-719.
7. Cho J.Y., Lim J.Y., Cheong J.H., et al. Gene expression signature-based prognostic risk score in gastric cancer. Clin Cancer Res. 2011. V. 17. P. 7. P. 1850-1857.
8. Corso G., Carvalho J., Marrelli D., et al. Somatic mutations and deletions of the E-cadherin gene predict poor survival of patients with gastric cancer. J Clin Oncol. V. 31. N. 7. P. 868-875.
9. Cristescu R., Lee J, Nebozhyn M., et al. Molecular analysis of gastric cancer identifies discrete subtypes associated with distinct clinical characteristics and survival outcomes: the ACRG (Asian Cancer Research Group) study. Nat Med. 2015. V. 21. N. 5. P. 449-456.
10. Deng N., Goh L.K., Wang H., et al. A comprehensive survey of genomic alterations in gastric cancer reveals systematic patterns of molecular exclusivity and co-occurrence among distinct therapeutic targets. Gut. 2012. V. 61. N. 5. V. 673-84.
11. Dulak A.M., Schumacher S.E., van Lieshout J., et al. Gastrointestinal adenocarcinomas of the esophagus, stomach, and colon exhibit distinct patterns of genome instability and oncogenesis. Cancer Res. 2012. V. 72. N. 17. P. 4383-4393.
12. Edwards P.A. Fusion genes and chromosome translocations in the common epithelial cancers. J Pathol. 2010. V. 220. N. 2. P. 244-254.
13. El-Omar E.M., Carrington M., Chow W.H., et al. Interleukin-1 polymorphisms associated with increased risk of gastric cancer. Nature. 2000. V. 404. N. 6776. P. 398-402.
14. Ferlay J., Soerjomataram I., Dikshit R., Eser S., et al. Cancer incidence and mortality worldwide: sources, methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int J Cancer. 2015 V. 136. N. 5. P. 359-386.
15. Figueiredo C., Machado J.C., Pharoah P., et al. Helicobacter pylori and interleukin 1 genotyping: an opportunity to identify high-risk individuals for gastric carcinoma. J Natl Cancer Inst. 2002. V. 94. N. 22. P. 1680-1687.
16. Ganesan K., Ivanova T., Wu Y., et al. Inhibition of gastric cancer invasion and metastasis by PLA2G2A, a novel beta-catenin/TCF target gene. Cancer Res. 2008.V. 68. N. 11. P. 42774286.
17. Giacomini C.P., Sun S., Varma S., et al. Breakpoint analysis of transcriptional and genomic profiles uncovers novel gene fusions spanning multiple human cancer types. PLoS Genet. 2013. V. 9. N. 4. e1003464.
18. Hanazono K., Natsugoe S., Stein H.J., et al. Distribution of p53 mutations in esophageal and gastric carcinomas and the relationship with p53 expression. Oncol Rep. 2006.V. 15. N. 4. P. 821-824.
19. Hansford S., Kaurah P., Li-Chang H., et al. Hereditary Diffuse Gastric Cancer Syndrome: CDH1 Mutations and Beyond. JAMA Oncol. 2015. V. 1. N. 1. P. 23-32.
20. Haveri H., Westerholm-Ormio M., Lindfors K., et al. Transcription factors GATA-4 and GATA-6 in normal and neoplastic human gastrointestinal mucosa. BMC Gastroenterol. 2008:8:9. doi: 10.1186/1471-230X-8-9.
21. Huntsman D.G., Carneiro F., Lewis F.R., et al. Early gastric cancer in young, asymptomatic carriers of germ-line E-cadherin mutations. N Engl J Med. 2001. V. 344. N. 25. P. 1904-1909.
22. Ishimoto T, Nagano O, Yae T, et al. CD44 variant regulates redox status in cancer cells by stabilizing the xCT subunit of system xc(-) and thereby promotes tumor growth. Cancer Cell. 2011. V. 19. N. 3. P. 387-400.
23. Kakiuchi M, Nishizawa T, Ueda H, et al. Recurrent gainof-function mutations of RHOA in diffuse-type gastric carcinoma. Nat Genet. 2014. V. 46. P.583-587.
24. Kim J., Fox C., Peng S., et al. Preexisting oncogenic events impact trastuzumab sensitivity in ERBB2-amplified gastroesophageal adenocarcinoma. J Clin Invest. 2014. V. 124. N. 12. P. 5145-5158.
25. Kim T.M., Jung S.H., Kim M.S., et al. The mutational burdens and evolutionary ages of early gastric cancers are comparable to those of advanced gastric cancers. J Pathol. 2014. V. 234. N. 3. P. 365-374.
26. Kim Y.H., Liang H., Liu X., et al. AMPK alpha modulation in cancer progression: multilayer integrative analysis of the whole transcriptome in Asian gastric cancer. Cancer Res. 2017. V. 77. N. 9. P. 2512-2521.
27. Lan F., Shi Y. Epigenetic regulation: methylation of histone and non-histone proteins. Sci China C Life Sci. 2009. V. 52. N. 4. P. 311-322.
28. Lau W.M., Teng E., Chong H.S., et al. CD44v8-10 is a cancer-specific marker for gastric cancer stem cells. Cancer Res. 2014. V. 74. N. 9. P. 2630-2641.
29. Lawrence M.S., Stojanov P., Polak P., et al. Mutational heterogeneity in cancer and the search for new cancer associated genes. Nature. 2013. V. 499. N. 7457. P. 214-218.
30. Lee J., Lee S.E., Kang S.Y., et al. Identification of ROS1 rearrangement in gastric adenocarcinoma. Cancer. 2013. V. 119. N. 9. P. 1627-1635.
31. Lee J., Sohn I., Do I.G., et al. Nanostring-based multigene assay to predict recurrence for gastric cancer patients after surgery. PLoS One. 2014 V. 9. N. 3. e90133.
32. Liu X., Chu K.M. E-cadherin and gastric cancer: cause, consequence, and applications. Biomed Res Int. 2014: 637308. doi: 10.1155/2014/637308.
33. LochheadP., El-Omar E.M. Gastric cancer. Br Med Bull. 2008. V. 85. P. 87-100.
34. Matsusaka K., Kaneda A., Nagae G., et al. Classification of Epstein-Barr virus-positive gastric cancers by definition of DNA methylation epigenotypes. Cancer Res. 2011. V. 71. N. 23. P. 7187-97.
35. Muratani M., Deng N., Ooi W.F., et al. Nanoscale chromatin profiling of gastric adenocarcinoma reveals cancer associated cryptic promoters and somatically acquired regulatory elements. Nat Commun. 2014. 5:4361. doi: 10.1038/ncomms5361.
36. Nagarajan N., Bertrand D., Hillmer A.M., et al. Whole genome reconstruction and mutational signatures in gastric cancer. Genome Biol. 2012. V. 13. N. P.115. R115. doi:10.1186/gb-2012-13-12-r115.
37. Nakamura J., Tanaka T., Kitajima Y., et al. Methylationmediated gene silencing as biomarkers of gastric cancer: a review. World J Gastroenterol. 2014. V. 20. N. 34. P. 1199112006.
38. Noto J.M., Gaddy J.A., Lee J.Y., et al. Iron deficiency accelerates Helicobacter pylori-induced carcinogenesis in rodents and humans. J Clin Invest. 2013. V. 123. N. 1. P. 479-492.
39. Ohtsu A., Shah M.A., Van Cutsem E., et al. Bevacizumab in combination with chemotherapy as first-line therapy in advanced gastric cancer: a randomized, double-blind, placebo-controlled phase III study. J Clin Oncol. 2011. V. 29. N. 30. P. 3968-76.
40. Oliveira C., Pinheiro H., Figueiredo J., et al. Familial gastric cancer: genetic susceptibility, pathology, and implications for management. Lancet Oncol. 2015 V. 16. N. 2. P. 60-70.
41. Ooi C.H., Ivanova T., Wu J., et al. Oncogenic pathway combinations predict clinical prognosis in gastric cancer. PLoS Genet. 2009. V. 5. N. 10:e1000676.
42. Palanisamy N., Ateeq B., Kalyana-Sundaram S., et al. Rearrangements of the RAF kinase pathway in prostate cancer, gastric cancer and melanoma. Nat Med. 2010. V. 16. P. 793798.
43. Persson C., Canedo P., Machado J.C., et al. Polymorphisms in inflammatory response genes and their association with gastric cancer: A HuGE systematic review and meta-analyses. Am J Epidemiol. 2011. V. 173. N. P. 259-70.
44. Polakis P. Wnt signaling in cancer. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012. V. 4. N. 5. a008052.
45. Qian J., Kong X., Deng N., et al. OCT1 is a determinant of synbindin-related ERK signalling with independent prognostic significance in gastric cancer. Gut. 2015. V. 64. N. 1. P.37-48.
46. Scaltriti M., Eichhorn P.J., Cortes J., et al. Cyclin E amplification/ overexpression is a mechanism of trastuzumab resistance in HER2^ breast cancer patients. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011. V. 108. N. 9. P. 3761-3766.
47. Sulahian R., Casey F., Shen J., et al. An integrative analysis reveals functional targets of GATA6 transcriptional regulation in gastric cancer. Oncogene. 2014. V. 33. N. 49. P. 56375648.
48. Takahashi N., Yamada Y., Taniguchi H., et al. Clinicopathological features and prognostic roles of KRAS, BRAF, PIK3CA and NRAS mutations in advanced gastric cancer. BMC Res Notes. 2014. 7:271. doi: 10.1186/1756-0500-7-271.
49. Takeshima H., Niwa T., Takahashi T., et al. Frequent involvement of chromatin remodeler alterations in gastric field cancerization. Cancer Lett. 2015. V. 357. N. 1. P. 328-338.
50. Tan I.B., Ivanova T., Lim K.H., et al. Intrinsic subtypes of gastric cancer, based on gene expression pattern, predict survival and respond differently to chemotherapy. Gastroenterology. 2011 V. 14. N. 2. P. 476-85.
51. Tan P., Yeoh K.G. Genetics and Molecular Pathogenesis of Gastric Adenocarcinoma. Gastroenterology. 2015. V. 149. N. 5. P. 1153-1162.
52. Tao J., Deng N.T., Ramnarayanan K., et al. CD44-SLC1A2 gene fusions in gastric cancer. Sci Transl Med. 2011. V. 3. N. 77. 77ra30.
53. Toyota M., Ahuja N., Suzuki H., et al. Aberrant methylation in gastric cancer associated with the CpG island methylator phenotype. Cancer Res. 1999. V. 59. N. 21. P. 5438-5442.
54. Tsugane S., Sasazuki S. Diet and the risk of gastric cancer: review of epidemiological evidence. Gastric Cancer. 2007. V. 10. N. 2. P. 75-83.
55. Wang K., Kan J., Yuen S.T., et al. Exome sequencing identifies frequent mutation of ARID1A in molecular subtypes of gastric cancer. Nat Genet. 2011. V. 43. N.12 P. 1219-1223.
56. Wang K., Yuen S.T., Xu J., et al. Whole-genome sequencing and comprehensive molecular profiling identify new driver mutations in gastric cancer. Nat Genet. 2014. V. 46. N. 6. P. 573-582.
57. Wang L., Xie L., Wang J., et al. Correlation between the methylation of SULF2 and WRN promoter and the irinotecan chemosensitivity in gastric cancer. BMC Gastroenterol. 2013;13:173.
58. Wang Y., Liu J., Huang B.O., et al. Mechanism of alternative splicing and its regulation. Biomed Rep. 2015. V. 3. N. 2. P. 152-158.
59. Wong S.S., Kim K.M., Ting J.C., et al. Genomic landscape and genetic heterogeneity in gastric adenocarcinoma revealed by whole-genome sequencing. Nat Commun. 2014. V. 19. N. 5:5477. doi: 10.1038/ncomms6477.
60. Worthley DL, Phillips KD, Wayte N, et al. Gastric adenocarcinoma and proximal polyposis of the stomach(GAPPS): a new autosomal dominant syndrome. Gut. 2012. V. 61. N. 5. P. 774-779.
61. Yan C., Higgins P.J. Drugging the undruggable: transcription therapy for cancer. Biochim Biophys Acta. 2013. V. 1835. N. 1. P. 76-85.
62. Yao F., Kausalya J.P., Sia Y.Y., et al. Recurrent fusion genes in gastric cancer: CLDN18-ARHGAP26 induces loss of epithelial integrity. Cell Rep. 2015. V. 12. N. 2. P. 272-85.
63. Zang Z.J., Cutcutache I., Poon S.L., et al. Exome sequencing of gastric adenocarcinoma identifies recurrent somatic mutations in cell adhesion and chromatin remodeling genes. Nat Genet. 2012. V. 44. N. 5. P. 570-574.
64. Zhang L., Zhong K., Dai Y., et al. Genome-wide analysis of histone H3 lysine 27 trimethylation by ChIP-chip in gastric cancer patients. J Gastroenterol. 2009. V. 44. N. 4. P. 305312.
65. Zouridis H., DengN., Ivanova T., et al. Methylation subtypes and large-scale epigenetic alterations in gastric cancer. Sci Transl Med. 2012. V. 4. N. 156. 156ra140.
