Онкогеномика. Мастер-класс проф. Д.В. Залетаева
Молекулярные маркеры
Наследственные формы рака
Классическим примером гена-супрессора, осуществляющего негативную регуляцию клеточного цикла, является ген RB1. Наследственные формы рака молочной железы составляют около 5%. Мутации двух генов, BRCA1 и BRCA2, участвующих в репарации двухцепочечных разрывов, имеют практически равноценный вклад. Кроме рака молочной железы, герминальные мутации BRCA1 повышают риск возникновения рака яичников, а мутации BRCA2 предрасполагают к раку молочной железы у мужчин и раку поджелудочной железы. В то же время соматические мутации этих генов довольно редки при указанных новообразованиях. Спектр мутаций показывает, что их основная масса приводит к потери функции гена и представлена небольшими делециями и инсерциями, в том числе и в регуляторных областях генов. Две мутации BRCA1, 185delAG и 5382insC, составляют 20%, а мутации 617delT и 997del5 гена BRCA2 составляют почти 33%. Все мутации BRCA2, определяющие высокий риск развития рака яичников, локализуются в 3,3 т.п.н. экзона 11.
Наследственная форма неполипозного рака толстой кишки развивается в результате мутаций в генах MSH2 и MLH1, участвующих в образовании репарационных комплексов. Наиболее характерным признаком заболевания является нестабильность микросателлитных последовательностей. У женщин, имеющих герминальную мутацию в одном из этих генов, чаще всего возникают рак яичников и эндометрия. Среди мутаций MSH2 наиболее часто обнаруживается замена A→T в донорном сайте сплайсинга, приводящая к делеции 5 экзона. Для MLH1 преимущественного типа мутаций не показано, но установлено, что основным механизмом инактивации гена в опухолях является метилирование его промоторного района.
Предрасположенность к возникновению ретинобластомы обусловлена герминальной мутацией в одном из аллелей гена RB1, передающейся потомству по аутосомно-доминантному типу наследования с варьированием экспрессивности и неполной (90%) пенетрантностью. Опухоль развивается при инактивации неповрежденного аллеля гена, происходящей с высокой вероятностью в клетках сетчатки у детей в раннем возрасте или даже внутриутробно. Так как мишенью возникновения второй мутации могут быть и другие соматические клетки, то у пациентов, несущих герминальную мутацию в RB1, существует большой риск развития таких опухолей, как остеосаркома, лимфолейкоз, МРЛ, РМЖ, опухоли половых органов, поэтому за больными с наследственной формой заболевания необходимо наблюдение. Соматические мутации гена вызывают только ретинобластому, хотя нарушения функции RB1 обнаруживают во многих других опухолях, но уже как вторичные, являющиеся признаком дестабилизации генома опухолевой клетки.
Наследственные формы меланомы, синдрома диспластического невуса и атипичных родинок в ряде случаев вызываются герминальными мутациями гена-супрессора CDKN2A/p16. В семьях, несущих мутацию CDKN2A, кроме меланомы обнаруживаются опухоли поджелудочной железы, ОГШ. В то же время функциональная и структурная инактивация гена, обеспечивающего негативную регуляцию клеточного цикла путем ингибирования циклин-зависимых киназ, обнаруживается в различных типах опухолей, но преимущественно в мезотелиомах, спорадических меланомах и глиобластомах. Почти треть соматических мутаций гена представлена делециями, в то время как среди герминальных мутаций делеции и инсерции составляют не более 5%.
Нефробластома – генетически гетерогенное заболевание, но около трети случаев – результат инактивации гена-супрессора WT1.
Гемизиготные делеции хромосомного района 11p13 вызывают синдром WAGR, при котором кроме опухоли Вильмса обнаруживаются аномалии развития мочеполового тракта, аниридия и задержка физического и умственного развития.
Точковые мутации в 7-10 экзонах, кодирующих мотив цинковых пальцев, определяются у больных с синдромом Дениса-Драша, для которого характерна прогрессирующая нефропатия, псевдогермафродитизм, нефро- и гонадобластомы. Соматические точковые и структурные мутации гена выявлены в мезотелиомах, десмопластических мелко-кругло-клеточных опухолях и при острых лейкозах.
К хранителям клеточного цикла относятся оба гена NF1 и NF2, вызывающие нейрофиброматоз I и II типов, но выполняющие в геноме различную функцию. Первый обеспечивает негативную регуляцию онкогена Ras, второй стабилизирует клеточные контакты. Мутации и структурные перестройки первого гена вызывают шванномы периферической нервной системы, а второго – шванномы ЦНС и менингиомы. Изменений этих генов не обнаружено в опухолях другого происхождения.
Синдромы множественной эндокринной неоплазии I и II типов (МЭН 1, МЭН 2) возникают в результате мутаций в гене-супрессоре MEN1 и протоонкогене RET соответственно. В случае синдрома МЭН 1 могут развиваться карциноидные опухоли, ангиофибромы лица, липомы, коллагеномы, гастриномы и инсулиномы.
Герминальные миссенс-мутации RET выявлены у пациентов с синдромом МЭН 2A (медуллярный рак щитовидной железы, феохромоцитома, гиперплазия паращитовидных желез, ганглионейромы слизистой ротовой полости) и семейной формой медуллярного РЩЖ, причем мутации в основном затрагивают пять цистеиновых кодонов в 10 и 11 экзонах и на них приходится 97% и 85% всех мутаций в этих экзонах соответственно.
Спорадические мутации в тирозинкиназном домене гена более характерны для синдрома МЭН 2В, отличающегося от типа 2А более агрессивным течением и отсутствием гиперплазии паращитовидных желез и ганглионейром, а точковая мутация в экзоне 16 (T918C) была идентифицирована в 93% случаев.
Синдром фон Хиппель-Линдау наследуется аутосомно-доминантно с частотой 1 на 36 тыс. Среди злокачественных новообразований, являющихся диагностическим признаком и позволяющих выделить 4 типа заболевания, наиболее часто встречаются гемангиобластомы ЦНС, карциномы почки, феохромоцитомы и опухоли поджелудочной железы. При заболевании обнаруживаются мутации в гене VHL, клонированном в коротком плече хромосомы 3p25.5. Мутации представлены большими делециями, мутациями сдвига рамки считывания и миссенс-мутациями, повреждающими преимущественно 1 и 3 экзоны. Соматические мутации, повреждающие 1 и 2 экзоны гена, выявлены только в светлоклеточном раке почки. Почти в 20% опухолей обнаружено аномальное метилирование промоторной области гена.
Семейный аденоматозный полипоз желудочно-кишечного тракта – аутосомно-доминантное заболевание, вызываемое мутациями в гене APC. Вариантом заболевания является синдром Гарднера, при котором преимущественно поражается толстый кишечник. При заболевании достаточно часто выявляются гепатоцеллюлярный рак, опухоли щитовидной железы, медуллобластомы, фибромы и другие опухоли. Основным типом мутаций являются делеции и нонсенс-мутации, приводящие к преждевременной терминации синтеза белка. Герминальные мутации преимущественно повреждают первую половину гена, причем обнаружено два «горячих» кодона – 1061 и 1309. Мутации последнего кодона приводят к раннему появлению полипов и быстрой малигнизации. Соматические мутации в основном локализуются в районе кодонов 1286-1513, с преимущественным повреждением кодонов 1309 и 1450.
Синдром Горлина или базально-клеточных невусов – редкое аутосомно-доминантное заболевание (частота 1:57000), возникает в результате мутаций в гене-супрессоре PTC1, представленных в 86% делециями и инсерциями, равномерно распределенными по длине гена. Проявляется множественными аномалиями развития, невусами и различными новообразованиями, наиболее частыми среди которых являются базально-клеточные рак кожи, медуллобластомы, астроцитомы, фибромы и аденокарциномы яичников. Во всех опухолях у синдромальных пациентов и в спорадических базально-клеточных карциномах обнаруживается потеря гетерозиготности по маркерам района хромосомы 9q22.3.
Целая группа синдромов – Ковдена, Банаяна-Зонана, Банаяна-Райли-Рувалкаба и часть случаев ювенильного полипоза характеризуется сходными фенотипическими аномалиями и предрасположенностью к злокачественным новообразованиям. Причиной всех заболеваний является патология гена-супрессора PTEN. У больных наиболее часто встречаются рак молочной железы, предстательной железы, яичников, эндометрия, щитовидной железы. Мутации равномерно повреждают весь ген и представляют полный спектр. Только при синдроме Ковдена установлено, что 43% мутаций повреждают 5 экзон, а в экзонах 1, 4 и 9 мутаций не описано. Соматические делеции и мутации PTEN обнаружены в глиобластомах, раках простаты, молочной железы и неходжкинских лимфомах.
Герминальные миссенс-мутации гена-супрессора p53, участвующего в задержке клеточного цикла необходимой для репарации ДНК, приводят к довольно редкому синдрому Ли-Фраумени, при котором типичными являются опухоли мозга, саркомы костей и мягких тканей, лейкозы и РМЖ. Выявлена кластеризация мутаций в районе 14 кодонов (245-258). В то же время различные повреждения гена выявляют практически во всех типах опухолей. Частота миссенс-мутаций гена составляет 74%, сдвига рамки считывания – 11%, нонсенс-мутаций – 7%, мутаций сайта сплайсинга – 4%. Определено 7 «горячих» точек, повреждаемых мутациями: кодоны 130-142, 151-164, 171-181, 193-200, 213-223, 234-258 и 270-286, причем все они локализованы в эволюционно консервативном ДНК-связывающем домене, кодируемом экзонами 5-8. Мутации кодонов 157 и 179 наиболее часто выявляются при раке легкого, кодона 175 – при раке толстой кишки, кодона 248 – при плоскоклеточном раке головы и шеи, кодона 249 – при гепатоцеллюлярном раке и кодона 278 – при опухолях кожи.
Атаксия-телангиоэктазия – аутосомно-рецессивное заболевание, сопровождающееся ломкостью хромосом, причем ионизирующее излучение повышает нестабильность кариотипа. При заболевании наиболее часто обнаруживаются Т-клеточные лейкозы, В-лимфомы, медуллобластомы и глиомы. Причиной являются гомозиготные мутации или делеции гена ATM, регулирующего клеточный цикл, причем делеции составляют основную массу патологии. У гетерозиготных носителей герминальных мутаций часто возникают карциномы молочной железы. Основным типом являются мутации, приводящие к преждевременной терминации синтеза белка.
Недавно клонирован еще один ген, участвующий в репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Герминальные мутации гена NBS1 приводят к синдрому Ниджмиген – очень редкому аутосомно-рецессивному заболеванию, основными признаками которого являются аномалии фенотипа, иммунодефицит, предрасположенность к возникновению опухолей (лимфома, лимфолейкоз, нейробластома) и нестабильность хромосом, чувствительных к ионизирующему излучению. Наиболее характерными мутациями гена являются делеции и инсерции, преимущественно повреждающие 6 и 7 экзоны, а мутация 675del5 выявлена у 90% пациентов.
Клонирование генов, вовлеченных в развитие наследственных онкологических заболеваний, практически полностью изменило тактику медико-генетического консультирования, определение конкретной мутации конкретного гена в семье позволяет эффективно проводить пренатальную диагностику.
