CC BY
20
Редкие заболевания легких
Нестабильность микросателлитных повторов при неопухолевых заболеваниях легких: взаимосвязь с воспалением
К.А. Сычевская, М.В. Ерохина, С.К. Кравченко, Л.Н. Лепеха
Феномен микросателлитной нестабильности (microsatellite instability, MSI) представляет собой нарушение структуры микросателлитной ДНК. С момента открытия и по настоящее время феномен MSI традиционно связывают с процессами опухолевой трансформации: он является составляющей частью диагностики таких опухолевых заболеваний, как синдром Линча и подобный ему спорадический рак. Однако в 1994 г. феномен MSI был обнаружен в клетках, не подвергавшихся опухолевой трансформации. Дальнейшие исследования подтвердили его наличие при широком спектре неопухолевых патологий, и в частности при хронических воспалительных заболеваниях легких. Также возможность возникновения MSI при воспалении была доказана экспериментально. Однако до сих пор не достигнуто полного понимания ее роли в патогенезе неопухолевых заболеваний. В настоящем обзоре обобщены и систематизированы имеющиеся данные по MSI неопухолевых клеток, и в первую очередь при патологии легких. В возможном на настоящий момент объеме обсуждается вопрос ее возникновения как неспецифической реакции клеток на стрессовые факторы различной этиологии, в частности факторы воспаления. Поставлен вопрос о вкладе MSI в течение воспалительной реакции и акцентировано внимание на фундаментальных характеристиках феномена, требующих дальнейшего исследования.
Ключевые слова: микросателлитная нестабильность, система репарации неспаренных нуклеотидов, болезни легких, хроническое воспаление, саркоидоз.
Введение
Генетический материал и эпигенетические модификации в каждой клетке ответственны за программирование клеточной дифференцировки и выполняемые ею функции в изменяющихся условиях внешней среды. Поэтому изучение механизмов возникновения любого клеточного про-
Ксения Андреевна Сычевская - врач-гематолог отделения интенсивной высокодозной химиотерапии гемо-бластозов ФГБУ "Национальный медицинский исследовательский центр гематологии" МЗ РФ; науч. сотр. отдела патоморфологии, клеточной биологии и биохимии ФГБНУ "Центральный научно-исследовательский институт туберкулеза", Москва.
Мария Владиславовна Ерохина - докт. биол. наук, доцент кафедры клеточной биологии и гистологии биологического факультета ФГБОУ ВО "Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова"; зав. лабораторией клеточной биологии отдела патоморфо-логии, клеточной биологии и биохимии ФГБНУ "Центральный научно-исследовательский институт туберкулеза", Москва.
Сергей Кириллович Кравченко - канд. мед. наук, зав. отделением интенсивной высокодозной химиотерапии гемобластозов ФГБУ "Национальный медицинский исследовательский центр гематологии" МЗ РФ, Москва. Лариса Николаевна Лепеха - докт. биол. наук, гл. науч. сотр. отдела патоморфологии, клеточной биологии и биохимии ФГБНУ "Центральный научно-исследовательский институт туберкулеза", Москва. Контактная информация: Сычевская Ксения Андреевна, sychevskaya-ka@yandex.ru
цесса и морфофункционального состояния (в норме и при патологии) требует исследования генетического статуса.
Изменение генома соматических и стволовых клеток лежит в основе разнообразных патологических процессов, таких как опухолевая трансформация, развитие врожденных и наследственных заболеваний и т.д. Возможность возникновения и сохранения в клеточной популяции новых мутаций является признаком генетической нестабильности - феномена приобретенного изменения генома, которое классифицируется в зависимости от затронутого уровня организации генетического материала.
До 3% генома человека составляет микросателлитная ДНК - участки повторяющихся друг за другом одинаковых олигонуклеотидных мотивов, или тандемных повторов [1, 2]. Функции микросателлитной ДНК не до конца изучены, по существующим представлениям, она играет важную роль в организации структуры хроматина, регуляции транскрипции и репликации генома, репарации нуклеотидов, клеточном цикле, мейотической рекомбинации и других процессах [3, 4].
Мутации микросателлитной ДНК чаще всего бывают выражены в изменении количества по-
второв, что носит название микросателлитной нестабильности (microsatellite instability, MSI) [5]. Так как более 95% микросателлитной ДНК это некодирующая ДНК и лишь некоторые последовательности входят в экзонные области генов, то судить о характере прямых следствий микросателлитных перестроек для жизнедеятельности клеток и их роли в возникновении и развитии патологического процесса крайне сложно. Вероятно, в данной области в дальнейшем будет достигнут значительный прогресс, тогда как на настоящий момент в относительной степени изучены только универсальные черты клеток с MSI, в частности увеличение мутационной нагрузки и появление неоантигенов (измененных белков).
С момента открытия в начале 1990-х годов, сделанного на основе оригинального лабораторного наблюдения [6, 7], понимание значения феномена MSI оказалось тесно связанным с опухолевой трансформацией и далее развивалось в контексте ассоциации с наследственными онкологическими синдромами. Была создана система прогнозирования клинических исходов и выбора терапии у пациентов с синдромом Линча и подобными ему (Lynch-like) спорадическими солидными новообразованиями [8, 9]. Таким образом, определение MSI стало важной составляющей в диагностике этих заболеваний [10].
Патогенетические основы возникновения MSI в опухолях хорошо изучены. Причина заключается в функциональной недостаточности системы репарации неспаренных нуклеотидов (mismatch repair, MMR) - комплекса белков, направленного на узнавание и восстановление коротких фрагментов некомплементарности ДНК [11, 12]. Ключевым и специфичным для MMR компонентом являются комплексы белков MSH2, MSH3, MSH6, MLH1, PMS2, которые в определенных сочетаниях формируют звено детекции MMR [13].
Для MSI характерны уникальные особенности, определяющие биологию опухоли. В частности, это относится к микросателлитам кодирующих регионов ДНК, мутации в которых приводят к сдвигу рамки считывания и образованию опухолевых неоантигенов, активирующих противоопухолевый иммунный ответ [14]. Однако до сих пор отсутствуют четкие представления об особенностях и патофизиологических последствиях для клеток возникновения MSI в некоди-рующей микросателлитной ДНК, а также при патологических процессах, не связанных с опухолевой прогрессией (возникающих, например, при воспалении). По этой причине потенциал исследования данной проблематики нельзя счи-
тать полностью раскрытым, и он требует своего дальнейшего развития.
В связи с тем, что феномен MSI исторически тесно связан с развитием онкологических процессов, несомненный интерес по-прежнему вызывает ранняя диагностика MSI как предопухо-левого маркера. Идентификация мутационного профиля, характерного для злокачественных опухолей, при доброкачественном заболевании позволяет совершенствовать прогностические модели и терапевтические тактики в онкологии.
Логика поиска "предопухолевых" состояний лежала у истоков исследований MSI при неопухолевых процессах, благодаря чему за несколько десятков лет изучения был накоплен обширный материал, подвергнутый нами в настоящем обзоре систематизации с целью улучшения понимания роли MSI в патогенезе неопухолевых заболеваний, в частности заболеваний легких. Кроме того, нами дана оценка влияния методологии выявления MSI на интерпретацию самого феномена.
Целью работы явилось обобщение известных данных по MSI неопухолевых клеток с акцентом на патологических процессах в легких. Обобщение таких данных позволит выявить закономерности возникновения генетической нестабильности при хронических заболеваниях легких и поставить вопрос об их взаимосвязи с патогенезом болезней и воспалением.
История изучения MSI в неопухолевых клетках
Возможность существования MSI в клетках неопухолевой природы была продемонстрирована в 1994 г. [15]. У пациентов с наследственным колоректальным раком изменения моно- и дину-клеотидных повторов были выявлены не только в клетках аденокарциномы, но и в материале выделенных при микродиссекции фрагментов мышечной и соединительной ткани биоптата опухоли. Кроме того, была обнаружена MSI в лимфо-бластных культурах клеток периферической крови, полученных путем их трансформации вирусом Эпштейна-Барр. Результаты исследования позволили предположить связь между развитием генетической нестабильности и действием факторов окружающей среды, которая была доказана в последующем [15].
Следует обратить особое внимание на вирусный инфекционный процесс как причину возникновения MSI. Несмотря на то что ранее как MSI, так и ДНК вирусов герпеса I, II типов и ци-томегаловируса были выявлены в измененных тканях при вирусном заболевании склеры [16], нам не удалось найти в литературе подтвержде-
ния их способности напрямую провоцировать развитие MSI. Можно лишь предположить, что ДНК-содержащие вирусы, встраиваясь в геном клетки-хозяина, приводят к изменению процессов, связанных с репликацией и транскрипцией ДНК, что индуцирует MSI. Однако специальные исследования, направленные на изучение связи этих состояний, не проводились. Еще одной работой, указывающей на возможное влияние вирусной инфекции на нестабильность микроса-теллитной ДНК, является исследование A. Naga-numa et al. [17]. Согласно его результатам, MSI возникает в культуре клеток гепатоцитов человека при трансляции гена корового белка вируса гепатита C. Хотя в данном случае речь идет об РНК-содержащем вирусе, его присутствие в клетках также приводило к возникновению MSI.
Таким образом, уже в ранних работах было отмечено, что MSI не является исключительным свойством опухоли, она может присутствовать в фенотипически нормальных клетках до момента их опухолевой трансформации и возникать под воздействием факторов различной природы.
По разным причинам дальнейшие исследования микросателлитного профиля часто проводились при заболеваниях, для которых не доказан риск возникновения неоплазий, таких как хронический ринит, бронхиальная астма и атеросклероз [18-20]. Вероятно, интерес к подобным патологиям был обусловлен прежде всего хроническим течением заболеваний и ролью воспаления как основного патогенетического процесса. В этих работах не было изучено в полной мере значение выявленной MSI при перечисленных нозологиях, однако они являются весьма ценными, так как сам факт открытия феномена нестабильности при неопухолевых заболеваниях показал отсутствие строгой связи с опухолевыми процессами и поставил вопрос не только о роли факторов воспаления в возникновении MSI, но и о роли последней в течении воспалительного процесса.
Микросателлитная нестабильность при заболеваниях органов дыхания неопухолевой природы
Спектр неопухолевой патологии тканей легких, при которой на настоящий момент в большей или меньшей степени исследован микроса-теллитный профиль, охватывает следующие состояния: курение, хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), саркоидоз, бронхиальная астма, идиопатический легочный фиброз и первичная легочная гипертензия [21-28].
Работа в указанном направлении началась в 1996 г. с исследования D. Spandidos et al., в кото-
рое был включен 31 пациент с ХОБЛ [24]. Исследование генетических нарушений было проведено на клеточном осадке мокроты как субстрате патологических изменений дыхательной системы и на лейкоцитах периферической крови как контрольном образце. На основании сравнительного изучения 6 динуклеотидных микросателлитов в клетках мокроты и нормальных клетках крови изменение длины тандемных повторов было выявлено у 23% (7/31) пациентов с ХОБЛ [24]. Достоверных ассоциаций MSI с клиническими параметрами, такими как показатели спирометрии и т.д., обнаружено не было. Таким образом, в исследовании D. Spandidos et al. впервые была доказана возможность генетической нестабильности, в частности MSI, при неопухолевой патологии легких.
В последующем, за период с 1996 г. до начала 2000-х годов, подобные исследования были проведены на примере других нозологий. Ключевые характеристики всех доступных в литературе работ представлены в обобщенном виде в таблице. В среднем частота выявления MSI при неопухолевой патологии легких варьирует в зависимости от заболевания от 13,2% (при саркоидозе легких) до 50% (при первичной легочной гипер-тензии).
Исходя из установленной частоты встречаемости, можно было бы предположить, что феномен MSI при заболеваниях легких может являться предопухолевым маркером. Однако для большинства вариантов неопухолевой патологии органов дыхания до сих пор не выявлены устойчивые ассоциации с риском развития неопластической трансформации тканей легких [29-32]. Таким образом, отсутствует обязательная связь между MSI и онкологическим процессом в легких. Этот факт указывает на различия в функциональной значимости MSI при опухоли и хронической неопухолевой патологии и требует своего дальнейшего изучения.
Определение MSI высокой и низкой степени и феномена экспансии тетрануклеотидных повторов
Первое международное соглашение об определении и классификации вариантов MSI было достигнуто в 1997 г. [9]. Рабочей группой исследователей была разработана методика верификации MSI по 5 стандартным микросателлитным маркерам, впоследствии получившая название панели Bethesda. Панель включала 2 мононуклео-тидных повтора (BAT25 и BAT26) и 3 динуклео-тидных локуса (D5S346, D2S123 и D17S250). Согласно рекомендациям, при выявлении изменения длины единственного из 5 микросателлитов
опухоль имеет низкий уровень нестабильности -MSI низкой степени (MSI-low, MSI-L). Нарушение >2 локусов из панели указывает на MSI высокой степени (MSI-high, MSI-H) [9]. В случаях исследования большего количества микросател-литных маркеров при проведении научных работ шкала Bethesda предусматривала альтернативное определение MSI-H и MSI-L. Границей между MSI-H и MSI-L признавалось значение 40% от всех использованных локусов [9]. Впоследствии было доказано, что большей чувствительностью и специфичностью в диагностике солидных опухолей обладает анализ мононуклеотидных повторов, и на сегодняшний день признана и широко применяется следующая панель: BAT-25, BAT-26, NR-21, NR-24 и NR-27 [33-35]. Проведение исследований MSI при колоректальном раке позволило выделить дополнительный вариант MSI: изменения тетрануклеотидных локу-сов, или повышенные микросателлитные изменения в отдельных тетрануклеотидных повторах (elevated microsatellite alterations at selected tetranucleotide repeats, EMAST) [36]. В онкологии выявление EMAST определяет отдельную группу больных раком толстой кишки с агрессивным течением заболевания и неблагоприятным прогнозом [37].
Различия MSI в опухоли и при неопухолевых состояниях
Приведенный выше стандарт классификации MSI был создан и апробирован для онкологических заболеваний. С началом исследования микросателлитов при неопухолевой патологии терминология определения MSI согласно критериям Bethesda была применена в новом направлении без дополнительных изменений. В то же время спектр изучаемых локусов неопухолевых клеток, в частности в рассмотренных в таблице работах, не соответствовал международным рекомендациям. Поэтому мы можем говорить только о возможности проведения аналогий между полученными результатами и вариантами MSI-H, MSI-L и EMAST. Тем не менее данный подход является оправданным, так как тип мик-росателлитных повторов при MSI отражает особенности патогенеза MSI и указывает на дефектное звено MMR [38-40].
Так, ассоциация с MSI-H (характерна в большей степени для группы солидных опухолей по типу синдрома Линча) подтверждена для функциональных дефектов белков MLH1, MSH2, MSH6 комплекса MMR [38-40]. В рассмотренной нами серии исследований MSI при заболеваниях легких подавляющее большинство аберраций выявлено в динуклеотидных повторах.
Выше мы указывали, что в настоящее время специфичным методом диагностики MSI-H признан анализ панели мононуклеотидных локусов [9, 33-35]. По этой причине полученные авторами результаты не позволяют судить о роли MSI-H при неопухолевой патологии [19, 21-27].
В отличие от MSI-H для феномена MSI-L отсутствует взаимосвязь с врожденным или приобретенным дефектом белков MLH1, MSH2, MSH6. Рядом авторов было продемонстрировано возможное тождество между MSI-L и феноменом EMAST [41]. При этих вариантах нестабильности ошибки репарации микросателлитов обусловлены функциональным дефицитом белка MSH3, являющимся приобретенным эпигенетическим нарушением [42]. Выявленные авторами изученных нами исследований изменения динуклеотидных повторов, а также низкий процент вовлеченных локусов от общего числа проанализированных (менее 40%) заставляют говорить об аналогии с MSI-L по классификации Bethesda [9, 19, 21-28].
На основании проведенного сравнения можно предположить, что MSI-L и EMAST не являются специфичным для опухоли нарушением и также характеризуют варианты MSI при неопухолевой патологии, в частности патологии легких. Кроме того, при анализе литературы нами обнаружен относительно стабильный процент MSI при различных вариантах патологии легких (см. таблицу), что позволяет характеризовать MSI как маркер общего патогенеза, а не как специфический для определенных нозологий параметр. Таким образом, характер MSI, предполагаемая эпигенетическая причина нарушения MMR и относительно стабильный процент обнаружения MSI отличают случаи генетической нестабильности в группе заболеваний легких от распространенных мутаций вследствие дефицита MMR при синдроме Линча и подобных ему новообразованиях.
Микросателлитная нестабильность низкой степени, EMAST и воспаление
Феномен EMAST связан с функциональным дефицитом MSH3, обусловленным транслокацией белка из ядра, где он выполняет основные задачи в составе MMR, в цитоплазму, где его соответствующее функциональное значение отсутствует [43].
Процесс транслокации MSH3 из ядра в цитоплазму тесно связан с окислительным стрессом и провоспалительным цитокиновым фоном [44, 45]. S.S. Tseng-Rogenski et al. продемонстрировали, что добавление сублетальных концентраций перекиси водорода или интерлейкина-6 (ИЛ-6) к культуре клеток рака кишечника и рака легкого
а о ч
1—1 о
и и
й и
а а св
г
л и
о
Ч
о
^
й
в «
о
Я ф
ч о
X ^
в
о ф
в в а в
^ч~СО
1—I Ю
с^ со со 00 Ь- О
О со
, со
ю *-ч
ю со
оо оо
со О ь-
т-Ч гп
о ^
сп К
Ь- ,
ю о со СП
Ь- СМ
т-н со О сп м, О
т-Ч
<! сп
г? ю К со
Д 2 Ен О
О О
см со <; см
2« гл ^ < О
, со , о
00 , ю са со , 00
со т-Ч т-Ч см ю со
т-Ч т-Ч со о см со 00 ю
со со со со н см т-Ч
см т-Ч о со см см т-Ч см со
о со О со сд со о
со о СП СП со 00
т-Ч о со см~ о см о см~ т-Ч 00
СП , см о , со , о ю
см ю т-Ч о т-Ч см о со
см о со т-Ч со т-Ч о см «г
со т-Ч со со т-Ч о о со т-Ч
см со о со со т-Ч т-Ч т СЗ
о см о СП 00 со т-Ч т-Ч ,
о о ю со с^ со с^
оо ю см о т-Ч СП
00 т-Ч со см са со , т-Ч см
см т-Ч со см т-Ч см со о со
со со со см ю т-Ч 00 см
см со о со со о со со , т-Ч
о см со ю со т СЗ
о 00 о о сд о о со ,
см~ т-Ч см
00 со со СП со
т-Ч о т-Ч со ю т-Ч со
см т-Ч со со см т-Ч со см т-Ч
со со со со со о со со о т-Ч
см см о ю со ю со о
о о о о «г о о со~
см~ ю т-Ч
т-Ч СП 00 СП см ю
со со о ю т-Ч о см т-Ч см
т-Ч т-Ч т-Ч см см СО см со со
со со со со со т-Ч со со т-Ч
см см со ю со т-Ч ю со т-Ч т-Ч
о о о о о О о о о о
£
см СО
со 00 Ь- О
О СО , со Ю *-ч
ю со
00 00
со О ь-
т-ч од
о ^
са К
Ь- , ю О со СП
Ь- СМ т-ч СО О сп
м, О
т-Ч
<! сп
г? ю К со
Д 2 Ен О
ЕЯ
О
В —
а Ф Я а
Ен а
се
13
ч
13
Ч
13
Ч
я
:
я
:
я
:
о , са са н о О X . Фф о
Ф Ф 0е „
§ и
«
3
4 я
>4 ф
ч 2 о се а а
Н Ю
и о
о
И
я а
° н
а §
зЯ о
Ф Л
Ч К
Я
а
° н
а §
зЯ о
Ф Л
Ч К
Я
а
° н
а §
зЯ о
Ф Л
Ч К
«
3 и и
се
о а
а
о а
а
о а
а
о а
а
3 ч
2 я
я ^
и 3
и н
о я
а я
я о я
Иют
В ч
2 я
я ^
и ф
Я н
о я
а я
я о я
Ию т
о а
а
ч
к
ф
№ а ч
я о
и
ч ™
се я Ч
& кн
° 5
н Ч
* 3
Я о
со к
а а
Я Ф
Ч ЕГ
ф
са и
8 " & &
О ю и о
00 Ч
са и
8 " & &
О ю и о
00 Ч
о и я о
а &
а
ч й я и я
& 5 И 3
Йф& ЙЯФ
« 2
£
К (О
а я £
я >Я
с я ° К
ы о
_Кч
> о
> м |_
.5ч СМ
ТЗ 1-1
С
а й ей
а а ^ СО си
£
£
т т-Ч
Й см
м
Й
чч с« Й
с/а ф
т
Я о
ЕГ я
ю
Й СМ
ы
м
0
1
о .
¡3 ТЗ
н
й =5
а
ь-
Й СМ
й
к и
й ^
и о к о
св
а а
ч ю св Ен
а о ч
а а св
г
Е-1 а
св
о , я п
фНО фО^ * СГ °
°5св §
«
3
и я
л Ф
4 2 о св а а н ю и о о
И
«
3 и и
св п о н
и Й
® X
Я И
5 >в
Л 4
И о
св
а Ч
00 о
00 о
о
т-Ч
о
о
т-Ч
о
о И И
13 н св а а X о
Н 13
8 ч
3 о
^ а
¡*> »3
к
13
а
а
св о л ч;
я И
я
п я о а
к а
Н ф <3 о £ ®
ил
СО я
я я а
а
св ч ■т о б* а
&
И
я
■в
>>
С- ш Ч
Н
Й 00 и N
М-
¡8 св
О св
^ я
тч Е
£ &
£ К
55
вызывает изменение локализации MSH3 в клетках и провоцирует появление ЕМАвТ [45]. Воздействие ИЛ-6 реализуется через рецептор к ИЛ-6 за счет активации сигнального пути STAT3
[45]. Примечательно, что другие провоспали-тельные цитокины (фактор некроза опухоли а, ИЛ-1Р, интерферон-а и интерферон-у) не оказывали влияния на функцию MSH3.
Важно отметить, что дефект MSH3 не обладает непосредственным онкогенным потенциалом
[46], а для морфологии MSI-L- и ЕМАвТ-положи-тельных опухолей характерно уникальное сочетание с воспалительной инфильтрацией [43].
Таким образом, можно предполагать, что воспалительный фон (повышение уровня ИЛ-6) -триггер (или один из триггеров) возникновения MSI-L и EMAST, при которых предрасположенность к опухолевой трансформации или ее наличие не являются обязательными условиями. Это подтверждается существованием схожих с MSI-L вариантов MSI, обнаруженных при воспалительных заболеваниях (см. таблицу), в частности заболеваниях легких, и известным отсутствием в патогенезе этих заболеваний облигатной связи с развитием злокачественной опухоли [19, 21-27].
Мы предполагаем, что феномены MSI-L и EMAST могут выступать в роли не только известных опухолевых маркеров, но и неспецифических маркеров клеточного стресса различной этиологии, в первую очередь воспалительной. Относительно однородная частота выявления MSI при рассматриваемых в обзоре неопухолевых заболеваниях может отражать универсальность генетической нестабильности при хронических воспалительных болезнях легких, несмотря на различия в этиопатогенезе. При этом мы ставим вопрос о том, что для каждой из нозоло-гий эти последствия могут быть разными.
Клеточный субстрат выявления MSI
Как правило, в фундаментальных и клинических исследованиях MSI работа проводится на тотальной ДНК, выделенной из неразделенного фрагмента биоптата или операционного материала. Микродиссекция, позволяющая отделить "специфические" фрагменты опухолевой/интересующей ткани, используется значительно реже в силу технической сложности и повышения стоимости исследования. Поэтому часто в анализируемом материале опухоли присутствует генетический материал достаточного количества нормальных клеток: фибробластов, макрофагов, клеток иммунной системы. Чувствительность исследования MSI методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) достаточно высокая для детекции изменений не только в основной опухо-
левой популяции клеток, но и в минорной неопухолевой [47]. По настоящее время определение клеточного субстрата MSI - важная исследовательская задача, особенно для неопухолевых патологий, так как наименее изучена.
Среди рассматриваемых исследований по патологии легких только в работе M.E. Yeager et al. субстрат был определен однозначно как участки патологически пролиферирующего эндотелия [28]. Одновременно это единственное исследование, в котором была обнаружена ассоциация заболевания с нестабильностью именно MSI-H. В исследованиях V. Chizhikov et al. и работах группы греческих ученых в качестве анализируемого материала были использованы клетки биоптата бронхиальной стенки и осадка мокроты соответственно [19, 21, 22, 24-27]. При любом из этих вариантов тотальная ДНК исследуемого образца включает генетический материал не только бронхиального эпителия, но также макрофагов и разнообразных клеток иммунной системы. Кроме того, в исследованиях, приведенных в таблице, выбор самого источника биологического материала может вызывать вопросы, поскольку не совпадает с субстратом патологического процесса, например при легочной форме саркои-доза (гранулемы) и идиопатическом легочном фиброзе (межальвеолярная соединительная ткань) [48, 49]. Следует отметить, что по предварительным результатам наших собственных исследований, проведенных на небольшой выборке, в материале биоптатов лимфатических узлов с гранулематозным поражением при саркоидозе MSI не была обнаружена [50].
Таким образом, выявленные изменения повторов микросателлитной ДНК при хронических заболеваниях легких в настоящее время невозможно однозначно соотнести с тем или иным типом клеток. Однако можно предположить, что Т-лимфоциты максимально полно соответствуют теоретическим условиям возникновения MSI при хроническом воспалении. Во-первых, Т-лим-фоциты присутствуют практически в любой ткани при любых состояниях, и их наличием можно объяснить MSI-L даже при колоректальном раке. Было установлено, что доля интраэпителиаль-ных лимфоцитов в эпителии кишечника составляет до 20%, что является достаточным для преодоления порога чувствительности ПЦР-анализа [51]. Во-вторых, геном лимфоидных клеток отличается значительной пластичностью, обусловленной необходимостью рекомбинации генов антигенных рецепторов [52]. В-третьих, реактивная лимфоидная популяция часто олигокло-нальная [53], и, таким образом, любое возникшее генетическое нарушение, в частности MSI,
может быть зафиксировано в последующих клеточных поколениях при делении активированных Т-лимфоцитов, что обеспечивает достаточный размер клеточной популяции для улавливания MSI лабораторными методами.
Заключение
Анализ данных проведенных исследований MSI при неопухолевых заболеваниях легких, характеризующихся хроническим воспалительным процессом, показал возможность возникновения генетической нестабильности без ее ассоциации с неопластической трансформацией. Таким образом, можно утверждать, что феномен MSI-L и EMAST не является исключительной чертой опухоли. Возможно, этот феномен отражает неспецифическую реакцию клеток на стрессовые факторы различной этиологии, в первую очередь факторы воспаления. Это ставит вопрос о роли MSI при хронических воспалительных процессах.
В проведенных исследованиях не установлены патогенетические последствия возникновения MSI в клетках неопухолевой природы. По сравнению с MSI-H, при которой нарушение репарации охватывает тотально весь геном, степень влияния дефицита белка MSH3 и феноменов MSI-L/EMAST для клинической практики не ясна и требует дальнейшего изучения, прежде всего в тесной связи с воспалительными процессами.
Ряд фундаментальных вопросов, в первую очередь в отношении клеточного субстрата MSI, остается неразрешенным. Для их раскрытия необходимо проведение анализа изолированных друг от друга клеточных популяций и изучение молекулярных механизмов изменения в них микросателлитной ДНК.
По результатам проведенного анализа литературы нам представляется, что MSI (за исключением MSI-H) является не только маркером опухолевой трансформации, но и самостоятельным феноменом, который имеет значение в патогенезе хронического воспаления. Будет ли продолжение исследований MSI неопухолевых клеток иметь прикладной характер или останется удовлетворением исключительно научного интереса, неизвестно, однако гипотеза приобретения генетических нарушений при хроническом воспалении реактивными клетками уникальна. Поскольку сама функция микросателлитной ДНК еще не до конца изучена, то анализ мутаций мик-росателлитных повторов некодирующих регионов генома может предоставить новые факты о закономерности функционирования иммунной системы и развития хронических патологиче-
ских состояний, в том числе при заболеваниях легких с длительным течением.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Работа поддержана темой НИР 0515-2019-0015.
Соблюдение этических норм. Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.
Список литературы
1. Ellegren H. Microsatellites: simple sequences with complex evolution. Nature Reviews. Genetics 2004 Jun;5(6):435-45.
2. Bagshaw ATM. Functional mechanisms of microsatellite DNA in eukaryotic genomes. Genome Biology and Evolution 2017 Sep;9(9):2428-43.
3. Garrido-Ramos MA. Satellite DNA: an evolving topic. Genes (Basel) 2017 Sep;8(9):230.
4. Carneiro Vieira ML, Santini L, Diniz AL, de Freitas Mun-hoz C. Microsatellite markers: what they mean and why they are so useful. Genetics and Molecular Biology 2016 Jul-Sep;39(3):312-28.
5. Thibodeau SN, Bren G, Schaid D. Microsatellite instability in cancer of the proximal colon. Science 1993 May;260(5109):816-9.
6. Ionov Y, Peinado MA, Malkhosyan S, Shibata D, Perucho M. Ubiquitous somatic mutations in simple repeated sequences reveal a new mechanism for colonic carcinogenesis. Nature 1993 Jun;363(6429):558-61.
7. Aaltonen LA, Peltomaki P, Leach FS, Sistonen P, Pylkkanen L, Mecklin JP, Jarvinen H, Powell SM, Jen J, Hamilton SR. Clues to the pathogenesis of familial colorectal cancer. Science 1993 May;260(5109):812-6.
8. Gryfe R, Kim H, Hsieh ET, Aronson MD, Holowaty EJ, Bull SB, Redston M, Gallinger S. Tumor microsatellite instability and clinical outcome in young patients with colorectal cancer. The New England Journal of Medicine 2000 Jan;342(2):69-77.
9. Boland CR, Thibodeau SN, Hamilton SR, Sidransky D, Eshle-man JR, Burt RW, Meltzer SJ, Rodriguez-Bigas MA, Fodde R, Ranzani GN, Srivastava S. A National Cancer Institute Workshop on Microsatellite Instability for cancer detection and familial predisposition: development of international criteria for the determination of microsatellite instability in colorectal cancer. Cancer Research 1998 Nov;58(22):5248-57.
10. Luchini C, Bibeau F, Ligtenberg MJL, Singh N, Nottegar A, Bosse T, Miller R, Riaz N, Douillard JY, Andre F, Scarpa A. ESMO recommendations on microsatellite instability testing for immunotherapy in cancer, and its relationship with PD-1/PD-L1 expression and tumour mutational burden: a systematic review-based approach. Annals of Oncology 2019 Aug;30(8):1232-43.
11. Modrich P. Mechanisms in E. coli and human mismatch repair (Nobel lecture). Angewandte Chemie (International edition in English) 2016 Jul;55(30):8490-501.
12. Fishel R. Mismatch repair. The Journal of Biological Chemistry 2015 0ct;290(44):26395-403.
13. Liu D, Keijzers G, Rasmussen LJ. DNA mismatch repair and its many roles in eukaryotic cells. Mutation Research. Reviews in Mutation Reserch 2017 Jul;773:174-87.
14. Kloor M, von Knebel Doeberitz M. The immune biology of microsatellite-unstable cancer. Trends in Cancer 2016 Mar;2(3):121-33.
15. Parsons R, Li GM, Longley M, Modrich P, Liu B, Berk T, Hamilton SR, Kinzler KW, Vogelstein B. Mismatch repair deficiency in phenotypically normal human cells. Science 1995 May;268(5211):738-40.
16. Spandidos D, Xinarianos G, Ergazaki M, Giannoudis A, Tsam-parlakis J. The presence of herpesviruses in pterygium. International Journal of Oncology 1994 Oct;5(4):749-52.
17. Naganuma A, Dansako H, Nakamura T, Nozaki A, Kato N. Promotion of microsatellite instability by hepatitis C virus core protein in human non-neoplastic hepatocyte cells. Cancer Research 2004 Feb;64(4):1307-14.
18. Karatzanis AD, Samara KD, Zervou M, Tzortzaki E, Helidon-is ES, Siafakas N, Velegrakis GA. Assessment for microsatellite DNA instability in nasal cytology samples of patients with allergic rhinitis. American Journal of Rhinology 2007 Mar-Apr;21(2):236-40.
19. Paraskakis E, Sourvinos G, Passam F, Tzanakis N, Tzortza-ki EG, Zervou M, Spandidos D, Siafakas NM. Microsatellite DNA instability and loss of heterozygosity in bronchial asthma. The European Respiratory Journal 2003 Dec;22(6):951-5.
20. Spandidos DA, Ergazaki M, Arvanitis D, Kiaris H. Microsatellite instability in human atherosclerotic plaques. Biochemical and Biophysical Research Communications 1996 Mar;220(1):137-40.
21. Siafakas NM, Tzortzaki EG, Sourvinos G, Bouros D, Tzana-kis N, Kafatos A, Spandidos D. Microsatellite DNA instability in COPD. Chest 1999 Jul;116(1):47-51.
22. Chizhikov V, Chikina S, Gasparian A, Chuchalin A, Zbor-ovskaya IB, Tatusyan A. Cancer-associated molecular alterations in bronchial epithelium of former Chernobyl cleanup workers in comparison with smokers and nonsmokers without ionizing radiation exposure. European Journal of Cancer 2001 Apr;37(6):153.
23. Чижиков В.В., Чикина СЮ., Татосян А.Г., Чучалин А.Г., Зборовская И.Б. Развитие хронических обструктивных болезней легких коррелирует с нестабильностью мини- и микросателлитных локусов. Генетика 2003;39(5):694-701.
24. Spandidos D, Ergazaki M, Hatzistamou J, Kiaris H, Bouros D, Tzortzaki E, Siafakas N. Microsatellite instability in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Oncology Reports 1996 May;3(3):489-91.
25. Vassilakis DA, Sourvinos G, Markatos M, Psathakis K, Span-didos DA, Siafakas NM, Bouros D. Microsatellite DNA instability and loss of heterozygosity in pulmonary sarcoidosis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 1999 Nov;160(5 Pt 1):1729-33.
26. Demopoulos K, Arvanitis DA, Vassilakis DA, Siafakas NM, Spandidos DA. Genomic instability on hMSH2, hMLH1, CD48 and IRF4 loci in pulmonary sarcoidosis. The International Journal of Biological Markers 2002 0ct-Dec;17(4):224-30.
27. Vassilakis DA, Sourvinos G, Spandidos DA, Siafakas NM, Bouros D. Frequent genetic alterations at the microsatellite level in cytologic sputum samples of patients with idiopath-ic pulmonary fibrosis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2000 Sep;162(3 Pt 1):1115-9.
28. Yeager ME, Halley GR, Golpon HA, Voelkel NF, Tuder RM. Microsatellite instability of endothelial cell growth and apop-tosis genes within plexiform lesions in primary pulmonary hypertension. Circulation Research 2001 Jan;88(1):E2-11.
29. Klebe S, Henderson DW. Facts and fiction: premalignant lesions of lung tissues. Pathology 2013 Apr;45(3):305-15.
30. Bonifazi M, Bravi F, Gasparini S, La Vecchia C, Gabrielli A, Wells AU, Renzoni EA. Sarcoidosis and cancer risk: systematic review and meta-analysis of observational studies. Chest 2015 Mar;147(3):778-91.
31. S0gaard KK, Svœrke C, Thomsen RW, N0rgaard M. Sarcoidosis and subsequent cancer risk: a Danish nationwide cohort study. The European Respiratory Journal 2015 Jan;45(1):269-72.
32. Askling J, Grunewald J, Eklund A, Hillerdal G, Ekbom A. Increased risk for cancer following sarcoidosis. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 1999 Nov;160(5 Pt 1):1668-72.
33. Buhard O, Cattaneo F, Wong YF, Yim SF, Friedman E, Fle-jou JF, Duval A, Hamelin R. Multipopulation analysis of polymorphisms in five mononucleotide repeats used to determine
the microsatellite instability status of human tumors. Journal of Clinical Oncology 2006 Jan;24(2):241-51.
34. Wong YF, Cheung TH, Lo KWK, Yim SF, Chan LKY, Buhard O, Duval A, Chung TKH, Hamelin R. Detection of microsatellite instability in endometrial cancer: advantages of a panel of five mononucleotide repeats over the National Cancer Institute panel of markers. Carcinogenesis 2006 May;27(5):951-5.
35. Suraweera N, Duval A, Reperant M, Vaury C, Furlan D, Leroy K, Seruca R, Iacopetta B, Hamelin R. Evaluation of tumor microsatellite instability using five quasimonomorphic mononucleotide repeats and pentaplex PCR. Gastroenterology 2002 Dec;123(6):1804-11.
36. Wang Y, Vnencak-Jones CL, Cates JM, Shi C. Deciphering elevated microsatellite alterations at selected tetra/pentanu-cleotide repeats, microsatellite instability, and loss of hete-rozygosity in colorectal cancers. The Journal of Molecular Diagnostics 2018 May;20(3):366-72.
37. Torshizi Esfahani A, Seyedna SY, Nazemalhosseini Mojar-ad E, Majd A, Asadzadeh Aghdaei H. MSI-L/EMAST is a predictive biomarker for metastasis in colorectal cancer patients. Journal of Cellular Physiology 2019 Aug;234(8):13128-36.
38. Fishel R, Kolodner RD. Identification of mismatch repair genes and their role in the development of cancer. Current Opinion in Genetics & Development 1995 Jun;5(3):382-95.
39. Miyaki M, Konishi M, Tanaka K, Kikuchi-Yanoshita R, Mura-oka M, Yasuno M, Igari T, Koike M, Chiba M, Mori T. Germline mutation of MSH6 as the cause of hereditary nonpolyposis colorectal cancer. Nature Genetics 1997 Nov;17(3):271-2.
40. Kane MF, Loda M, Gaida GM, Lipman J, Mishra R, Goldman H, Jessup JM, Kolodner R. Methylation of the hMLH1 promoter correlates with lack of expression of hMLH1 in sporadic colon tumors and mismatch repair-defective human tumor cell lines. Cancer Research 1997 Mar;57(5):808-11.
41. Carethers JM. Microsatellite instability pathway and EMAST in colorectal cancer. Current Colorectal Cancer Reports 2017 Feb;13(1):73-80.
42. Haugen AC, Goel A, Yamada K, Marra G, Nguyen TP, Naga-saka T, Kanazawa S, Koike J, Kikuchi Y, Zhong X, Arita M, Shibuya K, Oshimura M, Hemmi H, Boland CR, Koi M. Genetic instability caused by loss of MutS homologue 3 in human colorectal cancer. Cancer Research 2008 0ct;68(20):8465-72.
43. Carethers JM, Koi M, Tseng-Rogenski SS. EMAST is a form of microsatellite instability that is initiated by inflammation and modulates colorectal cancer progression. Genes (Basel) 2015 Mar;6(2):185-205.
44. Tseng-Rogenski SS, Chung H, Wilk MB, Zhang S, Iwaizumi M, Carethers JM. Oxidative stress induces nuclear-to-cytosol shift of hMSH3, a potential mechanism for EMAST in colorec-tal cancer cells. PLoS One 2012;7(11):e50616.
45. Tseng-Rogenski SS, Hamaya Y, Choi DY, Carethers JM. In-terleukin 6 alters localization of hMSH3, leading to DNA mismatch repair defects in colorectal cancer cells. Gastroenterolo-gy 2015 Mar;148(3):579-89.
46. Campregher C, Schmid G, Ferk F, Knasmüller S, Khare V, Kortüm B, Dammann K, Lang M, Scharl T, Spittler A, Roig AI, Shay JW, Gerner C, Gasche C. MSH3-deficiency initiates EMAST without oncogenic transformation of human colon epithelial cells. PLoS One 2012;7(11):e50541.
47. Berg KD, Glaser CL, Thompson RE, Hamilton SR, Griffin CA, Eshleman JR. Detection of microsatellite instability by fluorescence multiplex polymerase chain reaction. The Journal of Molecular Diagnostics 2000 Feb;2(1):20-8.
48. Rossi G, Cavazza A, Colby TV. Pathology of sarcoidosis. Clinical Reviews in Allergy & Immunology 2015 Aug;49(1):36-44.
49. Calabrese F, Giacometti C, Lunardi F, Valente M. Morphological and molecular markers in idiopathic pulmonary fibrosis. Expert Review of Respiratory Medicine 2008 Aug;2(4):505-20.
50. Сычевская К.А., Кравченко С.К., Ерохина М.В., Рисин-ская Н.В., Никулина Е.Е., Лепеха Л.Н. Анализ генетической нестабильности клеток лимфатических узлов и селезенки у больных саркоидозом. Вестник Центрального научно-исследовательского института туберкулеза 2020;2:99-101.
51. Hayat M, Cairns A, Dixon MF, O'Mahony S. Quantitation of intraepithelial lymphocytes in human duodenum: what is normal? Journal of Clinical Pathology 2002 May;55(5):393-4.
52. Roth DB. V(D)J recombination: mechanism, errors, and fidelity. Microbiology Spectrum 2014 Dec;2(6):10.1128/microbiol-spec.MDNA3-0041-2014.
53. Sychevskaia KA, Smirnova S, Sidorova Y, Ryzhikova N, Su-darikov A, Savchenko V. Clonal T-lymphocyte populations in healthy donors. Blood 2017;130(S1):3598.
Instability of Microsatellite Repeats in Non-tumor Lung Diseases: Association with Inflammation
K.A. Sychevskaya, M.V. Erokhina, S.K. Kravchenko, and L.N. Lepekha
The phenomenon of microsatellite instability (MSI) is a disruption in the structure of microsatellite DNA. From the moment of its discovery, MSI phenomenon has traditionally been associated with the processes of tumor transformation: it is an integral part of the diagnosis of tumor diseases such as Lynch syndrome and similar sporadic cancers. However, in 1994 MSI phenomenon was discovered in cells that had not undergone tumor transformation. Further studies confirmed its presence in a wide range of non-neoplastic pathologies, and in chronic inflammatory lung diseases. Also, the role of MSI in inflammation has been proven experimentally. However, a complete understanding of its role in pathogenesis of non-neoplastic diseases has not yet been achieved. The review summarizes and systematizes the available data on MSI of non-neoplastic cells, primarily in lung pathology. The issue of its emergence as a nonspecific response of cells to stress factors of various etiologies, in particular factors of inflammation, is being discussed to the extent possible now. The question is raised about the contribution of MSI during the inflammatory response, and attention is focused on the fundamental characteristics of the phenomenon that require further research.
Key words: microsatellite instability, unpaired nucleotide repair system, lung diseases, chronic inflammation, sar-coidosis.
