CC BY
88
УДК 616.61-006:575.224.08
DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-6-1405-1415
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПОРАДИЧЕСКИХ ОПУХОЛЕЙ ПОЧКИ
© М.В. Немцова1*, Д.С. Михайленко2), А.А. Морозов3*, Н.А. Огнерубов4*, Н.Е. Кушлинский5*
1) Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет) 119991, Российская Федерация, г. Москва, ул. Трубецкая, 8, стр. 2 E-mail: nemtsova_m_v@mail.ru 2) НИИ урологии и интервенционной радиологии им. Н.А. Лопаткина 105425, Российская Федерация, г. Москва, ул. Парковая 3-я, 51, стр. 1 E-mail: dimserg@mail.ru
3) Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского 129110, Российская Федерация, г. Москва, ул. Щепкина, 61/2, корпус 1 E-mail: biochimia@yandex.ru
4) Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина 392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33
E-mail: ognerubov_n.a.@mail.ru
5) Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина 115478, Российская Федерация, г. Москва, Каширское шоссе, 23
E-mail: biochimia@yandex.ru
Рассмотрены особенности канцерогенеза и молекулярно-генетические нарушения при различных морфологических типах рака почки - светлоклеточном, папиллярном и хромофобном. Представлены современные данные о механизмах развития наиболее часто выявляемого светлоклеточного рака почки и роль в патогенезе этой опухоли гена VHL, инактивация которого является ключевым событием канцерогенеза как наследственного, так и спорадического светлоклеточного рака почки. Качественно новый этап в понимании генетических механизмов развития рака почки был достигнут благодаря технологиям NGS в ходе секвенирования экзома спорадических опухолей. Описаны гены-кандидаты разных форм рака почки (PBRM1, ВАР1, SETD2 и др.), построены схемы клональной эволюции первичных опухолей и описаны основные мутации-драйверы, которые приводят к возникновению более злокачественных субклонов. Оказалось, что параллельная эволюция рака почки зачастую приобретает черты конвергентной эволюции и приводит к активации или инактивации одних и тех же сигнальных путей вследствие различных мутаций. Представлены современные работы по совершенствованию диагностики рака почки с учетом мутационного профиля опухоли, что позволит более обоснованно подходить к назначению таргетной терапии.
Ключевые слова: рак почки; ген VHL; молекулярно-генетические маркеры; диагностика
Молекулярно-генетические нарушения при светлоклеточном, папиллярном и хромофобном раке почки значительно различаются, в связи с чем целесообразно рассматривать особенности их канцерогенеза на молекулярном уровне как характеристику разных типов опухолей, наиболее частая из которых - светлоклеточ-ная карцинома.
Ген УИЬ. Соматические мутации УНЬ встречаются на ранних стадиях в спорадических светлоклеточ-ных карциномах почки, представляя собой самые частые точковые мутации (до 80 % случаев) при светлоклеточном раке почки. Этот факт обусловливает повышенный интерес к мутациям УНЬ как основным мутациям-драйверам и возможным предикторам эффективности таргетной терапии.
Ген УНЬ был картирован в области 3р25, он содержит 3 экзона, кодирующие белок длиной 213 аминокислотных остатков. В норме белок УНЬ связывается с факторами СЦЪ2, КВХ1, элонгинами В и С, что
приводит к формированию мультипротеинового комплекса, в котором осуществляется убиквитин-зависимая деградация индуцируемых гипоксией факторов HIF1/2a. При нормоксии определенные пролино-вые остатки в HIFa гидрокислированы, что делает возможным работу VHL-комплекса и убиквитинилирова-ние HIFa. При гипоксии HIFa накапливается в клетке, переносится в ядро и там образует гетеродимер с HIFlß. Образовавшийся комплекс узнает чувствительные элементы (HRE) в последовательности ДНК и активирует транскрипцию около 800 генов-мишеней. В основном, это гены, кодирующие белки, вовлеченные в ангиогенез (VEGF, PDGF и их рецепторы), клеточную пролиферацию (TNFa, EGFR, HGFR), потребление глюкозы (GLUTI) и эритропоэз (ЕРО) [1-2].
При инактивирующих мутациях VHL нарушается формирование убиквитин-лигазного комплекса, что приводит к нарастанию концентрации HIF в клетках и, следовательно, аномально высокой экспрессии гипок-
сией-индуцируемых генов, которые участвуют в положительной регуляции клеточной пролиферации и ан-гиогенезе. Предполагают, что гиперэкспрессия этих генов лежит в основе развития VHL-ассоциированных опухолей [3]. При спорадическом светлоклеточном раке почки, как правило, встречаются инактивирующие ген делеции/инсерции со сдвигом рамки считывания или миссенс-мутации, которые критичны для взаимодействия с HIFa или элонгином С [4]. В опухолях VHL инактивируется в соответствии с двухударной моделью Кнадсена: в одном из аллелей возникает мутация (гер-минальная при синдроме Гиппеля-Линдау или соматическая при спорадическом светлоклеточном раке почки), второй аллель инактивируется в результате точко-вой мутации, протяженной делеции (потери гетерози-готности) или аберрантного метилирования [5].
Проведенные исследования в группах пациентов с различными клиническими характеристиками светлок-леточного рака почки показали, что, в целом, мутации VHL являются ранним специфичным событием в развитии этого морфологического варианта опухоли, но данные об ассоциации их со стадией, степенью диффе-ренцировки и выживаемостью носят противоречивый характер.
Прогностическая значимость соматических мутаций VHL для оценки эффективности таргетных препаратов оказалась невысокой, возможно, потому что VHL находится в начале перекрещивающихся сигнальных путей активации факторов роста и их рецепторов. Экспрессия конечных звеньев сигнальных каскадов (СА9, HIF2a), ассоциированных с VHL, в большей мере отражает прогрессию светлоклеточного рака почки [6-7].
В последние годы выявлены другие гены-кандидаты светлоклеточного рака почки кроме VHL. В настоящее время в базе данных консорциума The Cancer Genome Atlas имеется информация о более чем 400 секвенированных экзомов парных светлоклеточных опухолей почки (норма/опухоль). В противоположность другим эпителиальным опухолям при светлокле-точном раке почки редко встречаются мутации в генах TP53, RB1, BRAF, EGFR, ERBB2. В результате применения NGS-технологий выявлены гены с относительно высокими частотами мутаций, кроме VHL. К ним можно отнести гены PBRM1, BAP1, SETD2, KDM5C, KDM6A и некоторые др. (табл. 1) [8].
Кроме того, до 20 % светлоклеточных карцином несут мутации в генах сигнального пути mTOR (TSC1, MTOR, PIK3CA, PTEN) [9-10].
Ген PBRM1. Ген PBRM1 кодирует BAF180, субъединицу мультипротеина PBAF, регулирующего нук-леосомную конформацию, который в составе комплекса SWI/SNF участвует в ремоделинге хроматина [11]. Нуклеосомы представляют собой гистоновые октаме-ры, состоящие из двух копий каждого из четырех основных гистонов (H2A, H2B, H3 и H4), вокруг которых накручивается 147 п. о. ДНК [12]. Связывание ДНК с гистонами в нуклеосомах ограничивает ее доступность для транскрипционных факторов и РНК-полимераз, в результате происходит ограничение экспрессии генов, расположенных на этом участке. Доступность ДНК регулируется комплексами ремоделлерами, которые разворачивают и выталкивают нуклеосомы, таким образом обеспечивая свободное связывание ДНК с факторами транскрипции.
В настоящее время существуют четыре разных семейства комплексов, ремоделирующих хроматин, которые различаются по составу субъединиц и биологической функции [13]. Комплекс SWI/SNF организован вокруг АТФазы, которая обеспечивает энергию для разрыва контактов ДНК с гистонами и состоит из различных белковых субъединиц.
Белок BAF180, который кодируется геном PBRM1, содержит шесть тандемно расположенных бромдоме-нов, две примыкающие области и высоко мобильный бокс (HMG) [14]. Бромдомены являются высококонсервативными белковыми доменами размером около 110 аминокислотных остатков, которые связываются с ацетилированными лизиновыми остатками в хвостах гистонов, таким образом, способствуя формированию неактивной конформации хроматина (рис. 1).
Нарушение даже одного бромдомена может быть достаточно для потери опухольсупрессирующей функции белка [15]. Для других генов, кодирующих субъединицы, входящие в состав комплекса SWI/SNF, также показаны мутации при светлоклеточном раке почки, но с более низкой частотой.
Как и VHL, ген PBRM1 локализован на коротком плече 3 хромосомы, в котором кроме них с высокой плотностью располагаются гены-супрессоры опухолевого роста (RASSF1, FHIT, RARB2 и др.). PBRM1 часто вовлекается в протяженные делеции по двухударной модели Кнадсена. В отличие от соматических мутаций VHL, соматические мутации PBRM1 ассоциированы с неблагоприятным прогнозом светлоклеточного рака почки [16]. Ген PBRM1 является вторым по частоте мутаций геном-кандидатом спорадического светлоклето-
Таблица 1
Гены с наибольшей частотой точковых мутаций при СРП
Значение в канцерогенезе светлоклеточного рака почки Ген Частота, %
Гиперэкспрессия ИТ-зависимых генов VHL 50-80
Нарушения в ремоделировании хроматина PBRM1 30-40
Нарушения в ремоделировании хроматина SETD2 8-15
Неспособность связывать HCF-1 BAP1 6-15
Нарушения в ремоделировании хроматина KDM5C 7-8
Активация mTOR и стимулирование клеточной пролиферации MTOR 6-7
Усиление функции mTOR PTEN 5-7
Повышение активности mTOR PIK3CA 1-3
Преодоление контрольных точек деления без ухода в апоптоз TP53 1-2
Аналогично инактивации УНЬ TCEB1 1
Рис. 1. Функции генов РВИМ1 и ВАР1
чного рака почки, и был обнаружен при секвенировании экзома на платформе GAПx. В 41 % образцов светлок-леточной карциномы почки определены точковые мутации гена РВКМ1, которые встречаются независимо от наличия мутаций УНЬ. Как и соматические мутации в гене VHL, мутации РВКМ1 не имеют «горячих точек» мутагенеза, распределены по всем экзонам и приводят к его инактивации.
Ген ВАР1. Вслед за РВКМ1 методами NGS был открыт третий ген с частотой мутаций более 10 % при светлоклеточном раке почки, также локализованный в области 3р и охарактеризованный как опухолевый су-прессор - ВАР1 [17].
Этот ген относится к подсемейству убиквитин С-концевой гидролазы дебиквивитирующих ферментов, которые участвуют в удалении убиквитина из белков (рис. 1). Кодируемый фермент связывается с HCF-1 и используется для дебиквитинирования белков, включая гистон Н2АК119иЬ1, что также является значимым процессом для регуляции хроматиновой конформации.
Кроме того, фермент может участвовать в регуляции транскрипции, регуляции клеточного цикла и роста, реакции на повреждение ДНК и динамику хроматина.
Соматические мутации ВАР1 впервые были описаны в метастазирующей увеальной меланоме, а затем в злокачественной плевральной мезотелиоме [18]. При светлоклеточном раке почки мутации ВАР1 ассоциированы с развитием высокодифференцированных опухолей, а также с активацией тТОЯ сигналинга и более низкими показателями выживаемости пациентов, в т. ч. по сравнению с мутациями РВКМ1 [10].
Выявлены герминальные наследственные мутации ВАР1, которые связаны с развитием наследственного синдрома, характеризующегося наличием увеальной или кожной меланомы, мезотелиомы, а также светлок-леточного рака почки [19-20]. Возможность развития различных типов опухолей в отдельных семьях предполагает, что конкретная мутация не определяет опухолевый тип, однако подтверждено, что наследственные мутации ВАР1 определяют предрасположенность и связаны с развитием светлоклеточной карциномы почки.
Интересно, что мутации РВКМ1 и ВАР1 находятся в обратной корреляции. Вероятность мутаций в ВАР1 снижается на 70 % в опухолях, имеющих мутации в РВКМ1 [21]. Обычно такую избирательность можно объяснить принадлежностью генов к одному сигнальному пути, но в данном случае гены участвуют в различных процессах. Ген РВКМ1 относится к ремодел-лингу хроматина, а ген ВАР1 кодирует белок, который
участвует в деубиквитинизации белков. Но в тех немногих случаях, когда они присутствуют в светло-клеточном раке почки одновременно, опухоль демонстрирует фенотипические черты более агрессивных рабдоидных опухолей. В связи с этим некоторые авторы предложили выделить мутации ВАР1 как классифицирующий признак для подтипов светлоклеточной карциномы почки [21]. При наличии мутации ВАР1 опухоли характеризуются наличием некроза в тканях, более агрессивным течением и неблагоприятным прогнозом. Для опухолей с мутациями РВКМ1 и ВАР1 показаны различные профили генной экспрессии, а также различная степень активации тТОЯС1 сигнального пути [22]. При изучении более 700 образцов свет-локлеточного, папиллярного, хромофобного рака почки и онкоцитом установлено, что мутации, инактивирую-щие гены ремоделинга хроматина РВКМ1 и ВАР1, характерны именно для светлоклеточных опухолей, но не для других морфологических типов рака почки [23].
Ген SETD2. В 10-15 % случаев при светлоклеточ-ном раке почки обнаруживают мутации гена-супрессора SETD2, кодирующего гистоновую метилазу Н3К36 и также локализованного в области 3р. Мутации SETD2 наравне с мутациями ВАР1 ассоциированы с неблагоприятным прогнозом светлоклеточного рака почки по данным различных исследований [24]. Если ранее в качестве молекулярного классификатора свет-локлеточного рака почки на подтипы выступало наличие/отсутствие мутации У^, то сейчас к ним можно добавить и другой классифицирующий признак. Дело в том, что мутации РВКМ1 коррелируют с наличием мутации SETD2 и, напротив, мутации РВКМ1 находятся в отрицательной корреляции с мутациями ВАР1, как уже было отмечено выше. Эти молекулярные подтипы светлоклеточного рака почки (PBRM1/SETD2 и ВАР1) характеризуются различными экспрессионными профилями генов, патоморфологическими особенностями и прогнозом заболевания [21].
Вполне вероятно, что разные точковые инактиви-рующие мутации в генах У^, РВт1, ВАР1 и SETD2 могут возникать независимо в разных субклонах первичной опухоли, однако часто встречающаяся в светлоклеточном раке почки потеря гетерозиготности по короткому плечу хромосомы 3 единовременно приводит к утрате оставшихся аллелей всех перечисленных генов и может внести свой вклад в конвергентную эволюцию на поздних стадиях этого морфологического типа опухоли [25]. Хотя точковые активирующие мутации в онкогенах, в целом, не частые события в свет-локлеточных карциномах почки, в 2-5 % опухолей
выявляют активирующие миссенс-мутации в гене PIK3CA (табл. 1). Активация фосфоинозитол-3-киназы приводит к увеличению концентрации в клетке фос-фоинозитол-3-фосфата, рекрутированию АКТ, которая фосфорилирует ряд субстратов, в частности, TSC2. В норме TSC2 формирует комплекс с TSC1, который мутирует в 4 % светлоклеточных раков почки, TSC1/2-комплекс функционирует как ГТФаза-активирующий белок, уменьшая уровень ГТФ-связывающей формы белка RHEB. В опухолевых клетках ГТФ-связанный RHEB непосредственно активирует киназу mTOR -комплекс киназ mTORCl и mTORC2. В канцерогенезе задействован, в основном, mTORCl, кодирующий ее ген MTOR мутирует в 5 % светлоклеточных карцином почки [10]. Работы с использованием NGS привели к пониманию того, что для эффективного поиска таргет-ных препаратов при лечении рака почки необходимо учитывать внутриопухолевую генетическую гетерогенность.
В процессе канцерогенеза новые генерации злокачественных клеток из первоначально возникшего клона накапливают различные паттерны молекулярно-генетических изменений. Секвенирование экзома свет-локлеточного рака почки показало, что только 31 % соматических мутаций являются общими для всех участков первичной опухоли и метастазов [26].
В общем виде филогенетическое дерево светлокле-точного рака почки имеет в основании ранние, так называемые «truncal» мутации (VHL, PBRM1), ветви дерева соответствуют приобретению вторичных, или «branch» мутаций (SETD2, BAP1, KDM5C, PTEN, TP53, TSC2, PIK3CA, MTOR), дальнейшая клональная эволюция и появление метастазирующих субклонов связаны с приобретением еще большего количества мутаций [27].
Наиболее детальные исследования генетической гетерогенности и клональной эволюции светлоклеточ-ного рака почки проведены группой М. Gerlinger [2829]. В первом из них на платформах GAIIx и HiSeq секвенировали 10 разных участков одних и тех же первичных опухолей и их отдаленных метастазов при раке почки. Показано, что 63-69 % соматических мутаций различаются в разных участках одной и той же первичной опухоли, и лишь немногие субклоны опухолевых клеток дают отдаленные метастазы, которые, в свою очередь, также подвержены дальнейшей эволюции. Нарастание внутриопухолевой генетической гетерогенности было отмечено уже на ранних стадиях свет-локлеточного рака почки, однако дальнейшие события указывали на конвергентную эволюцию этого типа опухоли почки. Внутриопухолевая гетерогенность была отмечена и для мутаций в аутоингибиторном домене киназы mTOR, коррелировавших с фосфорилировани-ем S6 и 4ЕВР in vivo и конститутивной активацией mTOR in vitro [28].
В последующей работе обследовали 10 больных светлоклеточной карциномой почки: проанализировали 70 образцов, взятых из разных участков первичной опухоли, и 3 образца из отдаленных метастазов [29]. Полученные результаты подтверждают роль точковых мутаций VHL, PBRM1 и делеции 3р как инициирующих (truncal) событий, а точковых мутаций SETD2, PBRM1, KDM5C, PTEN, ТР53 и аберраций 4q, 8p, 14q, 5q как наиболее частых субклональных (branch) мутаций.
В целом, из этих экспериментов следует, что свет-локлеточный рак почки на начальном этапе характеризуется выраженной генетической гетерогенностью и параллельной эволюцией субклонов, но в дальнейшем разные субклоны независимо приобретают мутации, влияющие на одни и те же сигнальные пути: активацию mTOR, нарушения ремоделинга хроматина, мутации PTEN и ТР53 по мере прогрессии опухолевого процесса [29]. Это был несколько неожиданный результат, т. к. при увеличении размера первичной опухоли и появлении клонов с вновь приобретенными мутациями было бы логично ожидать и увеличения разнообразия молекулярных профилей в разных участках опухоли, т. е. дивергентной эволюции. Чтобы ответить на вопрос, является ли это общим свойством свет-локлеточного рака почки, группа исследователей сек-венировала экзомы разных первичных опухолей у пациентов с синдромом Гиппеля-Линдау. Во всех филогенетических деревьях опухолей от одного пациента, как и предполагали, находили конкретную герминаль-ную мутацию VHL, затем branch-мутации в ветвях дерева, но также отмечались признаки конвергентной эволюции [30]. Понимание того, что светлоклеточный рак почки, с одной стороны, характеризуется ярко выраженной внутриопухолевой генетической гетерогенностью, а с другой - по мере прогрессии опухоли параллельно развивающиеся субклоны могут идти по пути конвергентной эволюции, способствует рациональному подходу к таргетной терапии распространенного светлоклеточного рака почки.
Современный взгляд на механизмы развития свет-локлеточного рака почки. Гены VHL, PBRM1, SETD2 и BAP1 находятся в коротком плече хромосомы 3, в области 50 млн. п. о., которая делетируется примерно в 90 % всех спорадических светлоклеточных карцином почки. Таким образом, делеция этого района приводит к одновременной инактивации четырех генов - опухолевых супрессоров, ассоциированных с развитием этого морфологического типа опухоли почки [10] (рис. 2). Развитие опухоли может быть инициировано появлением мутации гена VHL, в качестве первого удара по теории Кнадсена, за которым, в качестве второго удара, следует потеря короткого плеча хромосомы 3p. Мутации VHL являются инициирующим событием, и инактивацию VHL наблюдали в изолированных клетках, выстилающих трубочки и в однослойных кистах [31]. Делеция короткого плеча 3р приводит к потере одного из аллелей генов PBRM1, SETD2 и BAP1. Уже в опухоли мутации в оставшемся аллеле PBRM1 вносят вклад в опухолевую трансформацию и могут сочетаться с последующими мутациями в SETD2. Второй путь предполагает появление мутаций оставшегося аллеля BAP1, при этом опухоль приобретает более агрессивное биологическое поведение и, следовательно, клиническое течение.
При этом частота опухолей с одновременными мутациями BAP1 и PBRM1 оказалась ниже, чем ожидали [32]. Вероятно, одновременная инактивация этих двух генов супрессоров в одной и той же опухоли может приводить к снижению жизнеспособности клетки. В некоторых случаях светлоклеточного рака почки отсутствуют протяженные делеции 3p, вместо них определяют копийно-нейтральную потерю гетерозиготно-сти (LOH - loss of heterozygosity) [33]. Это состояние, при котором утерянный в результате делеции фрагмент
Рис. 2. Современная модель развития светлоклеточного рака почки
восстанавливается путем копирования имеющегося аллеля, и, хотя при этом хромосомный материал не теряется, восстанавливается аллель с сохранением всех мутаций и перестроек, исключая возможность экспрессии нормальных генов. Анализ показывает, что эти опухоли также имеют мутации в PBRM1, SETD2 и BAP1.
Характеристика генетических изменений в папиллярном и хромофобном раке почки. Папиллярная по-чечно-клеточная карцинома составляет от 15 до 20 % рака почки и является гетерогенным заболеванием, которое проявляется различными гистологическими типами, а также особенностями прогрессирования, вариантами клинического течения и исходом.
Папиллярно-клеточную почечную карциному можно разделить на два основных гистологических подтипа. Папиллярно-клеточная карцинома I типа часто является мультифокальной, характеризуется наличием папиллярных и тубулярных опухолей, состоящих из небольших клеток, с базофильной цитоплазмой и малым однородным, овальным ядром. Папиллярно-клеточная карцинома II типа более гетерогенна, характеризуется наличием папиллярных опухолей, представленных крупными клетками, содержащими эози-нофильную цитоплазму с крупными сферическими ядрами и хорошо определяемыми ядрышками [34].
Клинически у одних пациентов папиллярно-клеточная почечная карцинома имеет медленную скорость прогрессирования и двусторонний мультифо-кальный характер поражения, а у других она может проявляться одиночным очагом и более агрессивным течением. Сегодня недостаточно информации о моле-кулярно-генетической основе спорадических форм папиллярно-клеточной почечной карциноме, и до сих пор не предложено эффективных методов терапии этих новообразований.
Значительная часть наших знаний о папиллярно -клеточной почечной карциноме основана на изучении наследованных форм заболевания. Наследственная папиллярно-клеточная почечная карцинома является редким заболеванием и представлена папиллярными
карциномами I типа, характеризуется наличием терминальных активирующих мутаций в протоонкогене MET. Соматические мутации в МЕТ встречаются в 1315 % спорадических, ненаследственных папиллярно-клеточных почечных карцином. Причиной синдрома наследственного лейомиоматоза и рака почек является терминальная мутация гена фумарат-гидратазы (FH), который кодирует фермент цикла трикарбоновых кислот [35]. Эти опухоли характеризуются агрессивным течением, повышенным оксидативным стрессом и активацией NRF2-ARE сигнального пути. Для них характерны соматические мутации в генах, которые регулируют этот путь, таких как CUL3 и NFE2L2, гене, кодирующем NRF2 [36]. Несмотря на то, что активирующие герминальные миссенс-мутации МЕТ часто имеют место при наследственном раке почки, точковые соматические мутации этого гена встречаются в спорадических папиллярно-клеточных почечных карциномах I типа не более, чем в 20 % случаев, а в большинстве работ эта частота не превышает 10 %. Вместе с тем амплификацию локуса 7q31, в котором расположен ген МЕТ, выявляют в 45 %, а гиперэкспрессию МЕТ - в 90 % случаев папиллярного рака почки типа I, что делает его актуальной мишенью для разработки таргет-ных препаратов [37].
Полученные ранее методами классической цитоге-нетики данные об увеличении количества копий хромосом 7, 17 и амплификации гена МЕТ, как оказалось, относятся в основном к папиллярному раку почки типа I, тогда как для II типа более характерна утрата хромосом 8, 11, 18, что было показано методом сравнительной геномной гибридизации (CGH) [38].
К настоящему времени опубликованы результаты нескольких масштабных работ с применением методов NGS в отношении спорадического папиллярного рака почки. В одном из последних исследований, где был использован комплексный полногеномный подход для характеристики 161 папиллярно-клеточных почечных карцином, мутации МЕТ были выявлены в 17 % опухолей I типа, причем из 17 обнаруженных мутаций 3
Таблица 2
Генетические характеристики несветлоклеточных типов рака почки
Тип рака почки Хромосомные аберрации Точковые мутации
Папиллярный +7, +17 (I подтип); -8, -11, -18 (II подтип); +3q, +16, +20, ^ МЕТ (I подтип), FH (II подтип); SETD2, KDM6A, BAP1, ARID2 и др. гены ремоделинга хроматина (суммарно до 38 % случаев)
MiT-рак почки транслокации с перемещением Хр11.2 и 6р21 на другие хромосомы образование химерных генов с 3'-частью, состоящей из генов TFE3 и TFEB
Хромофобный -1, -2, -6, -10, -13, -17 и -21 FLCN (при BHDS); точковые мутации в мтДНК (50 % аллелей), мутации ТР53 и PTEN (9-32 % случаев)
оказались не соматическими, а терминальными, что еще раз указывает на целесообразность диагностики папиллярно-клеточной почечной карциномы у молодых пациентов с папиллярными опухолями. При проведении многофакторного анализа опухоли II типа разделились на 3 подгруппы с разными клиническими характеристиками, причем для одной из них были характерны мутации гена SETD2, а для другой - отличительный набор гиперметилированных локусов и мутации FH. Интересно, что в 8 случаях были выявлены опухоли с транслокациями MiT и образованием химерных генов. В 4 случаях это были ранее описанные химеры PRCC:TFE3 и SFPQ:TFE3, а в остальных - новые варианты MiT-транслокаций: RBM10:TFE3, DVL2:TFE3, COL21A1:TFEB и TFEB:CADM2. Большинство из них были идентифицированы в опухолях II типа с суммарной частотой 12 %. Как и при светлоклеточном раке почки, при папиллярном раке почки в этих работах была выявлена высокая частота мутаций в генах ремо-делинга хроматина как в опухолях I, так и II типов. Мутации в генах SMARCB1 и PBRM1, участвующих в формировании комплекса SWI/SNF, генах SETD2, KDM6A, BAP1 и других модификаторов хроматина встречались при папиллярном раке почки с частотой 20-38 % случаев. Возможно, что мутации в генах, влияющих на состояние хроматина, повышают нестабильность генома и могут рассматриваться как инициирующие мутации-драйверы, действующие на начальных этапах канцерогенеза [39-40].
Еще в одном исследовании был секвенирован экзом 31 образца папиллярного рака почки, где также в качестве мутаций-драйверов были идентифицированы нарушения в генах ремоделинга хроматина: SETD2, BAP1 и ARID2. Показано, что около 20 % соматических мутаций характеризуются внутриопухолевой гетерогенностью. Причем для опухолей на ранних стадиях заболевания были построены «классические» деревья дивергентной клональной эволюции, тогда как для опухолей поздних стадий наблюдали явления конвергентной эволюции (например, независимое приобретение вторичных мутаций SETD2, изменения CNV участков хромосомы 3), аналогичные тем, которые ранее были показаны на примере светлоклеточного рака почки [41].
С помощью метода сравнительной гибридизации на микрочипах показано, что все основные типы опухолей почек имеют свой паттерн отклонений от нормального числа копий (CNV) различных участков генома. Это наблюдение относится и к различиям CNV между злокачественной опухолью - хромофобной карциномой и доброкачественной опухолью - онкоцитомой, в дифференциальной диагностике которых гистологическое
и иммуногистохимическое исследования сталкиваются с затруднениями. Различия CNV были подтверждены также в сравнительном исследовании хромофобного рака почки и онкоцитомы на наличие делеций и ам-плификаций с помощью определения копийности участков генома по SNP-микрочипу Affymetrix 100K SNP. Результаты этих работ во многом согласуются и показывают, что отклонения от диплоидного набора хромосом 2, 6, 10, 13q, 17 и, в меньше мере, 1 и 21q в совокупности могут представлять собой критерий дифференциальной диагностики хромофобного рака почки и онкоцитомы [42].
С учетом этих данных была разработана панель из 10 STR-маркеров (D1S2142, D1S3465, D2S1782, GAAT3A06, D10S2469, D13S634, D13S742, D17S1298, D21S1411 и D21S11), локализованных в участках с наибольшими различиями CNV между хромофобным раком почки и онкоцитомой, которая позволила с помощью ПЦР и фрагментного анализа различать эти типы опухолей с точностью до 90 % в информативных случаях [43]. Хромофобная карцинома также имеет свой паттерн соматических мутаций. В одной из работ провели полногеномное секвенирование 66 хромофоб-ных карцином. В митохондриальном геноме выявлено 142 соматические мутации с той или иной степенью гетероплазмии, из них 35 мутаций - в более чем 50 % мтДНК, среди точковых мутаций ядерного генома наибольшие частоты были показаны для ТР53 и PTEN: 32 и 9 %, соответственно. Несмотря на то, что большинство мутаций мтДНК потенциально могут нарушать функцию митохондрий, на уровне экспрессии генов мутации не имели последствий для функционирования цепи окислительного фосфорилирования. Как минимум в 10 % случаев хромофобного рака почки обнаружены активирующие мутации в промотере гена теломеразы -TERT. Причем точковая мутация С228Т, приводящая к формированию дополнительного сайта связывания транскрипционных факторов и описанная ранее при уротелиальной карциноме, обуславливала лишь двукратное повышение экспрессии TERT. Существенно большее влияние на увеличение экспрессии TERT оказали впервые обнаруженные хромосомные перестройки с точками разрыва в промоторе TERT. В целом, на настоящем этапе изучения опухолей почки можно суммировать основные цито- и молекулярно-генети-ческие характеристики наиболее частых типов несвет-локлеточного рака почки (табл. 2).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, исследования предшествующих лет позволили изучить структуру и функцию гена VHL,
инактивация которого является ключевым событием канцерогенеза как наследственного, так и спорадического светлоклеточного рака почки.
Качественно новый этап в понимании генетических механизмов развития рака почки был достигнут благодаря технологиям NGS в ходе секвенирования экзома спорадических опухолей. Были открыты новые гены-кандидаты разных форм рака почки (PBRM1, BAP1, SETD2 и др.), построены схемы клональной эволюции первичных опухолей и описаны основные мутации-драйверы, которые приводят к возникновению более злокачественных субклонов. Оказалось, что параллельная эволюция рака почки зачастую приобретает черты конвергентной эволюции и приводит к активации или инактивации одних и тех же сигнальных путей вследствие различных мутаций. Проводятся работы по совершенствованию диагностики рака почки с учетом мутационного профиля опухоли, что позволит более обоснованно подходить к назначению таргетной терапии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bader H.L., Hsu T. Systemic VHL gene functions and the VHL disease // FEBS Lett. 2012. V. 586 (11). P. 1562-1569. DOI: 10.1016/j.febslet.2012.04.032
2. Audenet F., Yates D.R., Cancel-Tassin G., Cussenot O., Roupret M. Genetic pathways involved in carcinogenesis of clear cell renal cell carcinoma: genomics towards personalized medicine // BJU Int. 2011. V. 109 (12). P. 1864-1870. DOI: 10.1111/j.1464-410X.2011.10661.x.
3. Arjumand W., Sultana S. Role of the VHL gene mutation in human renal cell carcinoma // Tumor Biol. 2012. V. 33 (1). P. 9-16. DOI: 10.1007/s13277-011-0257-3.
4. Rechsteiner M.P., von Teichman A., Nowicka A., Sulser T., Schraml P., Moch H. VHL gene mutations and their effects on hypoxia inducible factor HIFa: identification of potential driver and passenger mutations // Cancer Res. 2011. V. 71 (16). P. 5500-5511. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-11-0757
5. Richard S., Gardie B., Couve S., Gad S. Von Hippel-Lindau: how a rare disease illuminates cancer biology // Semin. Cancer Biol. 2013. V. 23 (1). P. 26-37. DOI: 10.1016/j.semcancer.2012.05.005
6. Михайленко Д.С., Григорьева М.В., Русаков И.Г., Курынин Р.В., Попов А.М., ПетерсМ.В., Матвеев В.Б., Яковлева Е.С. и др. Локализация точковых мутаций в кодирующей части гена VHL при светлоклеточном раке почки // Молекулярная биология. 2012. V. 46 (1). С. 71-81.
7. Choueiri T.K., Fay A.P., Gagnon R., Lin Y., Bahamon B., Brown V., Rosenberg J.E., Hutson T.E., Baker-Neblett K.L., Carpenter C., Liu Y., Pandite L., Signoretti S. The role of aberrant VHL/HIF pathway elements in predicting clinical outcome to pazopanib therapy in patients with metastatic clear-cell renal cell carcinoma // Clin. Cancer Res. 2013. V. 19 (18). P. 5218-5226. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-13-0491
8. Михайленко Д.С., Колпаков А.В., Кушлинский Н.Е. Соматические мутации - основные события канцерогенеза при светлоклеточном раке почки // Молекулярная медицина. 2016. V. 14 (4). С. 3-9.
9. Farber L.J., Furge K., The B.T. Renal cell carcinoma deep sequencing: recent developments // Curr. Oncol. Rep. 2012. V. 14 (3). P. 240-248. DOI: 10.1007/s11912-012-0230-3
10. Brugarolas J. Molecular genetics of clear-cell renal cell carcinoma // J. Clin. Oncol. 2014. V. 32 (18). P. 1968-1976. DOI: 10.1200/JTO.2012.45.2003
11. Roy D.M., Walsh L.A., Chan T.A. Driver mutations of cancer epigenomes // Protein Cell. 2014. V. 5 (4). P. 265-296. DOI:10.1007/s13238-014-0031-6
12. Dawson M.A., Kouzarides T., Huntly B.J. Targeting epigenetic readers in cancer // N. Engl. J. Med. 2012. V. 367 (7). P. 647-657. DOI: 10.1056/NEJMra1112635
13. Clapier C.R., Cairns B.R. The biology of chromatin remodeling complexes // Annu. Rev. Biochem. 2009. V. 78. P. 273-304. DOI: 10.1146/annurev.biochem.77.062706.153223.
14. Thompson M. Polybromo-1: the chromatin targeting subunit of the PBAF complex // Biochimie. 2009. V. 91 (3). P. 309-319. DOI: 10.1016/j.biochi.2008.10.019
15. Brownlee P.M., Chambers A.L., Oliver A.W., Downs J.A. Cancer and the bromodomains of BAF180 // Biochem. Soc. Trans. 2012. V. 40 (2). P. 364-369. DOI: 10.1042/BST20110754.
16. Nam S.J., Lee C., Park J.H., Moon K.C. Decreased PBRM1 expression predicts unfavorable prognosis in patients with clear cell renal cell carcinoma // Urol. Oncol. 2015. V. 33 (8). P. 340e9-340e16.
17. Keefe S.M., Nathanson K.L., Rathmell W.K. The molecular biology of renal cell carcinoma // Semin. Oncol. 2013. V. 40 (4). P. 421-428. DOI: 10.1053/j. seminoncol. 2013.05.006
18. Harbour J.W., Onken M.D., Roberson E.D., Duan S., Cao L., Worley L.A., Council M.L., Matatall K.A., Helms C., Bowcock A.M. Frequent mutation of BAP1 in metastasizing uveal melanomas // Science. 2010. V. 330 (6009). P. 1410-1413. DOI: 10.1126/science.1194472
19. Wiesner T., Obenauf A.C., Murali R., Fried I, Griewank K.G., Ulz P., Windpassinger C., Wackernagel W., Loy S., Wolf I. et al. Germline mutations in BAP1 predispose to melanocytic tumors // Nat. Genet. 2011. V. 43 (10). P. 1018-1021. DOI: 10.1038/ng.910
20. Popova T., Hebert L., Jacquemin V., Gad S., Caux-Moncoutier V., Dubois-d'Enghien C., Richaudeau B., Renaudin X., Sellers J., Nicolas A., Sastre-Garau X. et al. Germline BAP1 mutations predispose to renal cell carcinomas // Am. J. Hum. Genet. 2013. V. 92 (6). P. 974980. DOI: 10.1016/j.ajhg.2013.04.012
21. Pena-Llopis S., Christie A., Xie X.J., Brugarolas J. Cooperation and antagonism among cancer genes: the renal cancer paradigm // Cancer Res. 2013. V. 73 (14). P. 4173-4179. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-13-0360
22. Kapur P., Pena-Llopis S., Christie A., Zhrebker L., Pavia-Jimenez A., Rathmell W.K., Xie X.J., Brugarolas J. Effects on survival of BAP1 and PBRM1 mutations in sporadic clear-cell renal-cell carcinoma: a retrospective analysis with independent validation // Lancet Oncol. 2013. V. 14 (2). P. 159-167. DOI: 10.1016/S1470-2045(12)70584-3
23. Ho T.H., Kapur P., Joseph R.W., Serie D.J., Eckel-Passow J.E., Parasramka M., Cheville J.C., Wu K.J., Frenkel E., Rakheja D., Stefanius K., Brugarolas J., Parker A.S. Loss of PBRM1 and BAP1 expression is less common in non-clear cell renal cell carcinoma than in clear cell renal cell carcinoma // Urol. Oncol. 2015. V. 33 (1). P. 23e9-23e14. DOI: 10.1016/j.urolonc.2014.10.014
24. Hakimi A.A., Ostrovnaya I., Reva B., Schultz N., Chen Y.B., Gonen M., Liu H., Takeda S., Voss M.H., Tickoo S.K., Reuter V.E., Russo P., Cheng E.H., Sander C., Motzer R.J., Hsieh J.J. Adverse outcomes in clear cell renal cell carcinoma with mutations of 3p21 epigenetic regulators BAP1 and SETD2: a report by MSKCC and the KIRC TCGA research network. ccRCC Cancer Genome Atlas (KIRC TCGA) Research Network investigators // Clin. Cancer Res. 2013. V. 19 (12). P. 32593267. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-12-3886
25. Gossage L., Murtaza M., Slatter A.F., Lichtenstein C.P., Warren A., Haynes B., Marass F., Roberts I., Shanahan S.J. et al. Clinical and pathological impact of VHL, PBRM1, BAP1, SETD2, KDM6A, and JARIDIC in clear cell renal cell carcinoma // Genes Chromosomes Cancer. 2014. V. 53 (1). P. 38-51. DOI: 10.1002/gcc.22116
26. Ricketts C.J., Linehan W.M. Intratumoral heterogeneity in kidney cancer // Nat. Genet. 2014. V. 46 (3). P. 214-215. DOI: 10.1038/ng.2904
27. Gerlinger M., Rowan A.J., Horswell S., Math M., Larkin J., Endesfelder D., Gronroos E., Martinez P., Matthews N., Stewart A., Tarpey P., et al. Intratumor heterogeneity and branched evolution revealed by multiregion sequencing // N. Engl. J. Med. 2012. V. 366 (10). P. 883-892. DOI: 10.1056/NEJMoa1113205
28. Gerlinger M., Horswell S., Larkin J., Rowan A.J., Salm M.P., Varela I., Fisher R., McGranahan N., Matthews N., Santos C.R., Martinez P. et al. Genomic architecture and evolution of clear cell renal cell carcinomas defined by multiregion sequencing // Nat. Genet. 2014. V. 46 (3). P. 225-233. DOI: 10.1038/ng.2891
29. Fisher R., Horswell S., Rowan A., Salm M.P., de Bruin E.C., Gulati S., McGranahan N., Stares M., Gerlinger M., Varela I., Crockford A., Favero F. et al. Development of synchronous VHL syndrome tumors reveals contingencies and constraints to tumor evolution // Genome Biol. 2014. V. 15 (8). P. 433. DOI: 10.1186/s13059-014-0433-z.
30. Montani M., Heinimann K., von Teichman A., Rudolph T., Perren A., Moch H. VHL-gene deletion in single renal tubular epithelial cells and renal tubular cysts: Further evidence for a cyst-dependent progression pathway of clear cell renal carcinoma in von Hippel-Lindau disease // Am. J. Surg. Pathol. 2010. V. 34 (6). P. 806-815. DOI: 10.1097/PAS.0b013e3181ddf54d
31. Pena-Llopis S., Vega-Rubin-de-Celis S., Liao A., Leng N., Pavia-Jimenez A., Wang S., Yamasaki T., Zhrebker L., Sivanand S., Spence P. et al. BAP1 loss defines a new class of renal cell carcinoma // Nat. Genet. 2012. V. 44 (7). P. 751-759. DOI: 10.1038/ng.2323
32. Sato Y., Yoshizato T., Shiraishi Y., Maekawa S., Okuno Y., Kamura T., Shimamura T., Sato-Otsubo A., Nagae G., Suzuki H., Nagata Y. et al. Integrated molecular analysis of clear-cell renal cell carcinoma // Nat. Genet. 2013. V. 45 (8). P. 860-867. DOI: 10.1038/ng.2699
33. Delahunt B., Eble J.N. Papillary renal cell carcinoma: a clinicopathologic and immunohistochemical study of 105 tumors // Mod. Pathol. 1997. V. 10 (6). P. 537-544.
34. Tomlinson I.P., Alam N.A., Rowan A.J., Barclay E., Jaeger E.E., Kelsell D., Leigh I., Gorman P., Lamlum H., Rahman S., Roylance R.R., Olpin S. et al. Germline mutations in FH predispose to dominant-
ly inherited uterine fibroids, skin leiomyomata and papillary renal cell cancer. Multiple Leiomyoma Consortium // Nat. Genet. 2002. V. 30 (4). P. 406-410. DOI: 10.1038/ng849
35. Ooi A., Dykema K., Ansari A., Petillo D., Snider J., Kahnoski R., Anema J., Craig D, Carpten J., Teh B.T., Furge K.A. CUL3 and NRF2 mutations confer an NRF2 activation phenotype in a sporadic form of papillary renal cell carcinoma // Cancer Res. 2013. V. 73 (7). P. 20442051. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-12-3227
36. Albiges L., Guegan J., Le Formal A., Verkarre V., Rioux-Leclercq N., Sibony M., Bernhard J.C., Camparo P., Merabet Z., Molinie V., Allory Y., Orear C., Couvé S., Gad S., Patard J.J., Escudier B. MET is a potential target across all papillary renal cell carcinomas: result from a large molecular study of pRCC with CGH array and matching gene expression array // Clin. Cancer Res. 2014. V. 20 (13). P. 3411-3421. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-13-2173
37. Kang X.L., Zou H., Pang L.J., Hu W.H., Zhao J., Qi Y., Liu C.X., Hu J.M., Tang J.X., Li H.A., Liang W.H., Yuan X.L., Li F. Chromosomal imbalances revealed in primary renal cell carcinomas by comparative genomic hybridization // Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2015. V. 8 (4). P. 3636-3647.
38. Linehan W.M., Spellman P.T., Ricketts C.J., Creighton C.J., Fei S.S., Davis C., Wheeler D.A., Murray B.A., Schmidt L., Vocke C.D., Peto M., Al Mamun A.A. et al. Comprehensive molecular characterization of papillary renal-cell carcinoma. Cancer Genome Atlas Research Network // N. Engl. J. Med. 2016. V. 374 (2). P. 135-145. DOI: 10.1056/NEJMoa1505917
39. Михайленко Д.С., Алексеев Б.Я., Ефремов Г.Д., Каприн А.Д. Генетические особенности несветлоклеточного рака почки // Онкоуро-логия. 2016. V. 12 (3). С. 14-21. DOI: 10.17650/1726-9776-2016-123-14-21
40. Kovac M., Navas C., Horswell S., Salm M., Bardella C., Rowan A., Stares M., Castro-Giner F., Fisher R., de Bruin E.C., Kovacova M., Gorman M. et al. Recurrent chromosomal gains and heterogeneous driver mutations characterise papillary renal cancer evolution // Nat. Commun. 2015. V. 6. P. 6336. DOI: 10.1038/ncomms7336
41. Krill-Burger J.M., Lyons M.A., Kelly L.A., Sciulli C.M., Petrosko P., Chandran U.R., Kubal M.D., Bastacky S.I., Parwani A. V., Dhir R., LaFramboise W.A. Renal cell neoplasm contain shared tumor type-specific copy number variations // Am. J. Pathol. 2012. V. 180 (6). P. 2427-2439.
42. Аполихин О.И., Михайленко Д.С., Михальченко А.Е., Залетаев Д.В., Ефремов Г.Д., Сивков А.В. Молекулярно-генетические нарушения как критерии в дифференциальной диагностике редких опухолей почки // Эксперментальная и клиническая урология. 2013. № 3. С. 21 -27.
43. Davis C.F., Ricketts C.J., WangM., Yang L., Cherniack A.D., Shen H., Buhay C., Kang H., Kim S.C., Fahey C.C., Hacker K.E., Bhanot G. et al. The somatic genomic landscape of chromophobe renal cell carcinoma // Cancer Cell. 2014. V. 26 (3). P. 319-330. DOI: 10.1016/j.ccr.2014.07.014
Поступила в редакцию 13 августа 2017 г.
Немцова Марина Вячеславовна, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет), г. Москва, Российская Федерация, доктор биологических наук, профессор, зав. лабораторией медицинской генетики института молекулярной медицины, e-mail: nemtsova_m_v@mail.ru
Михайленко Дмитрий Сергеевич, НИИ урологии и интервенционной радиологии им. Н.А. Лопаткина, г. Москва, Российская Федерация, кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: dimserg@mail.ru
Морозов Алексей Андреевич, Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского, г. Москва, Российская Федерация, хирург-уролог, e-mail: biochimia@yandex.ru
Огнерубов Николай Алексеевич, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой онкологии, оперативной хирургии и топографической анатомии, e-mail: ognerubov_n.a.@mail.ru
Кушлинский Николай Евгеньевич, Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина, г. Москва, Российская Федерация, доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, руководитель лаборатории клинической биохимии, e-mail: biochimia@yandex.ru
UDC 616.61-006:575.224.08
DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-6-1405-1415
MOLECULAR-GENETIC RESEARCH OF SPORADIC TUMORS OF THE KIDNEY
© M.V. Nemtsova1), D.S. Mikhaylenko2), A.A. Morozov3), N.A. Ognerubov4), N.E. Kushlinskiy5)
1)1 I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University) 2 Bldg. 8, Trubetskaya St., Moscow, Russian Federation, 119991 E-mail: nemtsova_m_v@mail.ru 2) Scientific-Research Institute of Urology and Interventional Radiology named after N.A. Lopatkin 1 Bldg. 51 3ya Parkovaya St., Moscow, Russian Federation, 105425 E-mail: dimserg@mail.ru 3) Moscow Regional Scientific-Research Clinical Institute named after M.F. Vladimirskiy 1 Bldg. 61/2 Shepkin St., Moscow, Russian Federation, 129110 E-mail: ognerubov_n.a.@mail.ru
4) Tambov State University named after G.R. Derzhavin
33 Internatsionalnaya St., Tambov, Russian Federation, 392000 E-mail: ognerubov_n.a.@mail.ru
5) N.N. Blokhin Russian Oncology Research Centre 23 Kashirskoe Rte., Moscow, Russian Federation, 115478
E-mail: ognerubov_n.a.@mail.ru
In this review, the features of carcinogenesis and molecular genetic disorders are examined for various morphological types of kidney cancer-clear cell, papillary and chromophobic. modern data on the mechanisms of development of the most frequently detected clear cell cancer of the kidney and the role in the pathogenesis of this tumor of the VHL gene, inactivation of which is a key event in the carcinogenesis of both hereditary and sporadic clear-celled kidney cancer are presented. A qualitatively new stage in understanding of the genetic mechanisms of the development of kidney cancer was achieved thanks to NGS technologies during the sequencing of the exom of sporadic tumors. Candidate genes of various forms of kidney cancer (PBRM1, BAP1, SETD2 and others) are described, schemes for the clonal evolution of primary tumors are constructed, and the main mutations-drivers that lead to the development of more malignant subclones are described. It turned out that the parallel evolution of kidney cancer often acquires the features of convergent evolution and leads to activation or inactivation of the same signaling pathways due to various mutations. modern works to improve the diagnosis of kidney cancer, taking into account the mutational profile of the tumor, which will allow more reasonable approach to the purpose of targeted therapy are presented. Keywords: kidney cancer; VHL gene; molecular-genetic markers; diagnostics
REFERENCES
1. Bader H.L., Hsu T. Systemic VHL gene functions and the VHL disease. FEBS Lett., 2012, vol. 586 (11), pp. 1562-1569. DOI: 10.1016/j.febslet.2012.04.032
2. Audenet F., Yates D.R., Cancel-Tassin G., Cussenot O., Rouprêt M. Genetic pathways involved in carcinogenesis of clear cell renal cell carcinoma: genomics towards personalized medicine. BJU Int., 2011, vol. 109 (12), pp. 1864-1870. DOI: 10.1111/j.1464-410X.2011.10661.x.
3. Arjumand W., Sultana S. Role of the VHL gene mutation in human renal cell carcinoma. Tumor Biol., 2012, vol. 33 (1), pp. 9-16. DOI: 10.1007/s13277-011-0257-3.
4. Rechsteiner M.P., von Teichman A., Nowicka A., Sulser T., Schraml P., Moch H. VHL gene mutations and their effects on hypoxia inducible factor HIFa: identification of potential driver and passenger mutations. Cancer Res., 2011, vol. 71 (16), pp. 5500-5511. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-11-0757
5. Richard S., Gardie B., Couvé S., Gad S. Von Hippel-Lindau: how a rare disease illuminates cancer biology. Semin. Cancer Biol., 2013, vol. 23 (1), pp. 26-37. DOI: 10.1016/j.semcancer.2012.05.005
6. Mikhaylenko D.S., Grigor'eva M.V., Rusakov I.G., Kurynin R.V., Popov A.M., Peters M.V., Matveev V.B., Yakovleva E.S. et al. Lokalizatsiya tochkovykh mutatsiy v kodiruyushchey chasti gena VHL pri svetlokletochnom rake pochki [Localization of point mutations in the coding part of gene VHL at clear cell adenocarcinoma]. Molekulyarnaya biologiya - Molecular Biology, 2012, vol. 46 (1), pp. 71-81. (In Russian).
7. Choueiri T.K., Fay A.P., Gagnon R., Lin Y., Bahamon B., Brown V., Rosenberg J.E., Hutson T.E., Baker-Neblett K.L., Carpenter C., Liu Y., Pandite L., Signoretti S. The role of aberrant VHL/HIF pathway elements in predicting clinical outcome to pazopanib therapy in
patients with metastatic clear-cell renal cell carcinoma. Clin. Cancer Res., 2013, vol. 19 (18), pp. 5218-5226. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-13-0491
8. Mikhaylenko D.S., Kolpakov A.V., Kushlinskiy N.E. Somaticheskie mutatsii - osnovnye sobytiya kantsero-geneza pri svetlokletochnom rake pochki [Somatic mutations - basic events of cancer-genesis at clear cell kidney cancer]. Molekulyarnaya meditsina - Molecular Medicine, 2016, vol. 14 (4), pp. 3-9. (In Russian).
9. Farber L.J., Furge K., Teh B.T. Renal cell carcinoma deep sequencing: recent developments. Curr. Oncol. Rep., 2012, vol. 14 (3), pp. 240-248. DOI: 10.1007/s11912-012-0230-3
10. Brugarolas J. Molecular genetics of clear-cell renal cell carcinoma. J. Clin. Oncol., 2014, vol. 32 (18), pp. 1968-1976. DOI: 10.1200/JC0.2012.45.2003
11. Roy D.M., Walsh L.A., Chan T.A. Driver mutations of cancer epigenomes. Protein Cell, 2014, vol. 5 (4), pp. 265-296. D0I:10.1007/s13238-014-0031-6
12. Dawson M.A., Kouzarides T., Huntly B.J. Targeting epigenetic readers in cancer. N. Engl. J. Med., 2012, vol. 367 (7), pp. 647-657. DOI: 10.1056/NEJMra1112635
13. Clapier C.R., Cairns B.R. The biology of chromatin remodeling complexes. Annu. Rev. Biochem., 2009, vol. 78, pp. 273-304. DOI: 10.1146/annurev.biochem.77.062706.153223.
14. Thompson M. Polybromo-1: the chromatin targeting subunit of the PBAF complex. Biochimie, 2009, vol. 91 (3), pp. 309-319. DOI: 10.1016/j.biochi.2008.10.019
15. Brownlee P.M., Chambers A.L., Oliver A.W., Downs J.A. Cancer and the bromodomains of BAF180. Biochem. Soc. Trans., 2012, vol. 40 (2), pp. 364-369. DOI: 10.1042/BST20110754.
16. Nam S.J., Lee C., Park J.H., Moon K.C. Decreased PBRM1 expression predicts unfavorable prognosis in patients with clear cell renal cell carcinoma. Urol. Oncol., 2015, vol. 33 (8), pp. 340e9-340e16.
17. Keefe S.M., Nathanson K.L., Rathmell W.K. The molecular biology of renal cell carcinoma. Semin. Oncol., 2013, vol. 40 (4), pp. 421428. DOI: 10.1053/j.seminoncol.2013.05.006
18. Harbour J.W., Onken M.D., Roberson E.D., Duan S., Cao L., Worley L.A., Council M.L., Matatall K.A., Helms C., Bowcock A.M. Frequent mutation of BAP1 in metastasizing uveal melanomas. Science, 2010, vol. 330 (6009), pp. 1410-1413. DOI: 10.1126/science. 1194472
19. Wiesner T., Obenauf A.C., Murali R., Fried I., Griewank K.G., Ulz P., Windpassinger C., Wackernagel W., Loy S., Wolf I. et al. Germline mutations in BAP1 predispose to melanocytic tumors. Nat. Genet., 2011, vol. 43 (10), pp. 1018-1021. DOI: 10.1038/ng.910
20. Popova T., Hebert L., Jacquemin V., Gad S., Caux-Moncoutier V., Dubois-d'Enghien C., Richaudeau B., Renaudin X., Sellers J., Nicolas A., Sastre-Garau X. et al. Germline BAP1 mutations predispose to renal cell carcinomas. Am. J. Hum. Genet., 2013, vol. 92 (6), pp. 974-980. DOI: 10.1016/j.ajhg.2013.04.012
21. Peña-Llopis S., Christie A., Xie X.J., Brugarolas J. Cooperation and antagonism among cancer genes: the renal cancer paradigm. Cancer Res., 2013, vol. 73 (14), pp. 4173-4179. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-13-0360
22. Kapur P., Peña-Llopis S., Christie A., Zhrebker L., Pavía-Jiménez A., Rathmell W.K., Xie X.J., Brugarolas J. Effects on survival of BAP1 and PBRM1 mutations in sporadic clear-cell renal-cell carcinoma: a retrospective analysis with independent validation. Lancet Oncol., 2013, vol. 14 (2), pp. 159-167. DOI: 10.1016/S1470-2045(12)70584-3
23. Ho T.H., Kapur P., Joseph R.W., Serie D.J., Eckel-Passow J.E., Parasramka M., Cheville J.C., Wu K.J., Frenkel E., Rakheja D., Stefanius K., Brugarolas J., Parker A.S. Loss of PBRM1 and BAP1 expression is less common in non-clear cell renal cell carcinoma than in clear cell renal cell carcinoma. Urol. Oncol., 2015, vol. 33 (1), pp. 23e9-23e14. DOI: 10.1016/j.urolonc.2014.10.014
24. Hakimi A.A., Ostrovnaya I., Reva B., Schultz N., Chen Y.B., Gonen M., Liu H., Takeda S., Voss M.H., Tickoo S.K., Reuter V.E., Russo P., Cheng E.H., Sander C., Motzer R.J., Hsieh J.J. Adverse outcomes in clear cell renal cell carcinoma with mutations of 3p21 epigenetic regulators BAP1 and SETD2: a report by MSKCC and the KIRC TCGA research network. ccRCC Cancer Genome Atlas (KIRC TCGA) Research Network investigators. Clin. Cancer Res., 2013, vol. 19 (12), pp. 3259-3267. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-12-3886
25. Gossage L., Murtaza M., Slatter A.F., Lichtenstein C.P., Warren A., Haynes B., Marass F., Roberts I., Shanahan S.J. et al. Clinical and pathological impact of VHL, PBRM1, BAP1, SETD2, KDM6A, and JARIDIC in clear cell renal cell carcinoma. Genes Chromosomes Cancer, 2014, vol. 53 (1), pp. 38-51. DOI: 10.1002/gcc.22116
26. Ricketts C.J., Linehan W.M. Intratumoral heterogeneity in kidney cancer. Nat. Genet., 2014, vol. 46 (3), pp. 214-215. DOI: 10.1038/ng.2904
27. Gerlinger M., Rowan A.J., Horswell S., Math M., Larkin J., Endesfelder D., Gronroos E., Martinez P., Matthews N., Stewart A., Tarpey P., et al. Intratumor heterogeneity and branched evolution revealed by multiregion sequencing. N. Engl. J. Med., 2012, vol. 366 (10), pp. 883-892. DOI: 10.1056/NEJMoa1113205
28. Gerlinger M., Horswell S., Larkin J., Rowan A.J., Salm M.P., Varela I., Fisher R., McGranahan N., Matthews N., Santos C.R., Martinez P. et al. Genomic architecture and evolution of clear cell renal cell carcinomas defined by multiregion sequencing. Nat. Genet., 2014, vol. 46 (3), pp. 225-233. DOI: 10.1038/ng.2891
29. Fisher R., Horswell S., Rowan A., Salm M.P., de Bruin E.C., Gulati S., McGranahan N., Stares M., Gerlinger M., Varela I., Crockford A., Favero F. et al. Development of synchronous VHL syndrome tumors reveals contingencies and constraints to tumor evolution. Genome Biol., 2014, vol. 15 (8), p. 433. DOI: 10.1186/s13059-014-0433-z.
30. Montani M., Heinimann K., von Teichman A., Rudolph T., Perren A., Moch H. VHL-gene deletion in single renal tubular epithelial cells and renal tubular cysts: Further evidence for a cyst-dependent progression pathway of clear cell renal carcinoma in von Hippel-Lindau disease. Am. J. Surg. Pathol., 2010, vol. 34 (6), pp. 806-815. DOI: 10.1097/PAS.0b013e3181ddf54d
31. Peña-Llopis S., Vega-Rubín-de-Celis S., Liao A., Leng N., Pavía-Jiménez A., Wang S., Yamasaki T., Zhrebker L., Sivanand S., Spence P. et al. BAP1 loss defines a new class of renal cell carcinoma. Nat. Genet., 2012, vol. 44 (7), pp. 751-759. DOI: 10.1038/ng.2323
32. Sato Y., Yoshizato T., Shiraishi Y., Maekawa S., Okuno Y., Kamura T., Shimamura T., Sato-Otsubo A., Nagae G., Suzuki H., Nagata Y. et al. Integrated molecular analysis of clear-cell renal cell carcinoma. Nat. Genet., 2013, vol. 45 (8), pp. 860-867. DOI: 10.1038/ng.2699
33. Delahunt B., Eble J.N. Papillary renal cell carcinoma: a clinicopathologic and immunohistochemical study of 105 tumors. Mod. Pathol., 1997, vol. 10 (6), pp. 537-544.
34. Tomlinson I.P., Alam N.A., Rowan A.J., Barclay E., Jaeger E.E., Kelsell D., Leigh I., Gorman P., Lamlum H., Rahman S., Roylance R.R., Olpin S. et al. Germline mutations in FH predispose to dominantly inherited uterine fibroids, skin leiomyomata and papillary renal cell cancer. Multiple Leiomyoma Consortium. Nat. Genet., 2002, vol. 30 (4), pp. 406-410. DOI: 10.1038/ng849
35. Ooi A., Dykema K., Ansari A., Petillo D., Snider J., Kahnoski R., Anema J., Craig D., Carpten J., Teh B.T., Furge K.A. CUL3 and NRF2 mutations confer an NRF2 activation phenotype in a sporadic form of papillary renal cell carcinoma. Cancer Res., 2013, vol. 73 (7), pp. 2044-2051. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-12-3227
36. Albiges L., Guegan J., Le Formal A., Verkarre V., Rioux-Leclercq N., Sibony M., Bernhard J.C., Camparo P., Merabet Z., Molinie V., Allory Y., Orear C., Couvé S., Gad S., Patard J.J., Escudier B. MET is a potential target across all papillary renal cell carcinomas: result from a large molecular study of pRCC with CGH array and matching gene expression array. Clin. Cancer Res., 2014, vol. 20 (13), pp. 3411-3421. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-13-2173
37. Kang X.L., Zou H., Pang L.J., Hu W.H., Zhao J., Qi Y., Liu C.X., Hu J.M., Tang J.X., Li H.A., Liang W.H., Yuan X.L., Li F. Chromosomal imbalances revealed in primary renal cell carcinomas by comparative genomic hybridization. Int. J. Clin. Exp. Pathol., 2015, vol. 8 (4), pp. 3636-3647.
38. Linehan W.M., Spellman P.T., Ricketts C.J., Creighton C.J., Fei S.S., Davis C., Wheeler D.A., Murray B.A., Schmidt L., Vocke C.D., Peto M., Al Mamun A.A. et al. Comprehensive molecular characterization of papillary renal-cell carcinoma. Cancer Genome Atlas Research Network. N. Engl. J. Med., 2016, vol. 374 (2), pp. 135-145. DOI: 10.1056/NEJMoa1505917
39. Mikhaylenko D.S., Alekseev B.Ya., Efremov G.D., Kaprin A.D. Geneticheskie osobennosti nesvetlokletochnogo raka pochki [Genetic peculiarities of non clear cell kidney cancer]. Onkourologiya — Cancer Urology, 2016, vol. 12 (3), pp. 14-21. DOI: 10.17650/1726-97762016-12-3-14-21 (In Russian).
40. Kovac M., Navas C., Horswell S., Salm M., Bardella C., Rowan A., Stares M., Castro-Giner F., Fisher R., de Bruin E.C., Kovacova M., Gorman M. et al. Recurrent chromosomal gains and heterogeneous driver mutations characterise papillary renal cancer evolution. Nat. Commun., 2015, no. 6, p. 6336. DOI: 10.1038/ncomms7336
41. Krill-Burger J.M., Lyons M.A., Kelly L.A., Sciulli C.M., Petrosko P., Chandran U.R., Kubal M.D., Bastacky S.I., Parwani A.V., Dhir R., LaFramboise W.A. Renal cell neoplasm contain shared tumor type-specific copy number variations. Am. J. Pathol., 2012, vol. 180 (6), pp. 2427-2439.
42. Apolikhin O.I., Mikhaylenko D.S., Mikhal'chenko A.E., Zaletaev D.V., Efremov G.D., Sivkov A.V. Molekulyarno-geneticheskie narusheniya kak kriterii v differentsial'noy diagnostike redkikh opukholey pochki [Molecular-genetic dysfunctions as criteria in differential diagnostics of rare kidney tumours]. Ekspermental'naya i klinicheskaya urologiya — Experimental and Clinical Urology, 2013, no. 3, pp. 21-27. (In Russian).
43. Davis C.F., Ricketts C.J., Wang M., Yang L., Cherniack A.D., Shen H., Buhay C., Kang H., Kim S.C., Fahey C.C., Hacker K.E., Bhanot G. et al. The somatic genomic landscape of chromophobe renal cell carcinoma. Cancer Cell, 2014, vol. 26 (3). pp. 319-330. DOI: 10.1016/j.ccr.2014.07.014
Received 13 August 2017
Nemtsova Marina Vacheslavovna, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (University), Moscow, Russian Federation, Doctor of Biology, Professor, Head of the Laboratory of Medical Genetics of the Institute of Molecular Medicine, Ministry of Health of Russia, e-mail: nemtsova_m_v@mail.ru
Mikhaylenko Dmitriy Sergeevich, Scientific-Research Institute of Urology and Interventional Radiology named after N.A. Lopatkin, Moscow, Russian Federation, Candidate of Medicine, Leading Research Worker, e-mail: dimserg@mail.ru
Morozov Aleksey Andreevich, Moscow Regional Scientific-Research Clinical Institute named after M.F. Vladimirskiy, Moscow, Russian Federation, Surgeon, Urologist, e-mail: biochimia@yandex.ru
Ognerubov Nikolay Alekseyevich, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Doctor of Medicine, Professor, Head of Oncology, Operative Surgery and Topographic Anatomy Department, e-mail: ognerubov_n.a.@mail.ru
Kushlinskii Nikolay Evgenievich, N.N. Blokhin Russian Oncology Research Centre, Moscow, Russian Federation, Doctor of Medicine, Professor, Corresponding Member of RAS, Head of Clinical Biochemistry Laboratory, e-mail: biochimia@yandex.ru
Для цитирования: Немцова М.В., Михайленко Д.С., Морозов А.А., Огнерубов Н.А., Кушлинский Н.Е. Молекулярно-генети-ческие исследования спорадических опухолей почки // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2017. Т. 22. Вып. 6. С. 1405-1415. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-6-1405-1415
For citation: Nemtsova M.V., Mikhaylenko D.S., Morozov A.A., Ognerubov N.A., Kushlinskiy N.E. Molekulyarno-geneticheskie issledovaniya sporadicheskikh opukholey pochki [Molecular-genetic research of sporadic tumors of the kidney]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2017, vol. 22, no. 6, pp. 1405-1415. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-6-1405-1415 (In Russian, Abstr. in Engl.).
