Микросателлитная нестабильность
Микросателлитная нестабильность ( MSI ) — это состояние генетической гипермутабельности (предрасположенности к мутациям ), возникающее в результате нарушения репарации несоответствия ДНК (MMR). Наличие MSI представляет собой фенотипическое свидетельство того, что MMR не функционирует нормально.
MMR исправляет ошибки, которые спонтанно возникают во время репликации ДНК , такие как несовпадения отдельных оснований или короткие вставки и делеции . Белки, участвующие в MMR, исправляют ошибки полимеразы , образуя комплекс, который связывается с несовпадающим участком ДНК, вырезает ошибку и вставляет на ее место правильную последовательность. [ 1 ] Клетки с аномально функционирующим MMR не способны исправлять ошибки, возникающие при репликации ДНК, и, как следствие, накапливают ошибки. Это приводит к созданию новых фрагментов микросателлитов . Анализы на основе полимеразной цепной реакции могут выявить эти новые микросателлиты и предоставить доказательства присутствия MSI.
Микросателлиты — это повторяющиеся последовательности ДНК. Эти последовательности могут состоять из единиц длиной от 1 до 6 пар оснований , которые повторяются и располагаются рядом друг с другом в геноме. Хотя длина микросателлитов может варьироваться от человека к человеку и вносит вклад в индивидуальный «отпечаток пальца» ДНК, у каждого человека есть микросателлиты заданной длины. Наиболее распространенным микросателлитом у человека является динуклеотидный повтор нуклеотидов С и А , который встречается в геноме десятки тысяч раз. Микросателлиты также известны как повторы простых последовательностей (SSR).
Структура
[ редактировать ]Структура микросателлитной нестабильности состоит из повторяющихся нуклеотидов, чаще всего встречающихся в виде повторов GT/CA. [ 2 ]
Исследователям еще предстоит подтвердить точное определение структуры MSI. Хотя все исследователи согласны с тем, что микросателлиты представляют собой повторяющиеся последовательности, длина последовательностей остается под вопросом. Некоторые исследования показывают, что MSI представляют собой короткие тандемные повторяющиеся последовательности ДНК, содержащие от одной до шести пар оснований по всему геному, в то время как другие исследования показывают, что диапазон может составлять от двух до пяти. [ 3 ]
Хотя исследователи не пришли к единому мнению относительно конкретного порога количества тандемных повторов, составляющих микросателлит, существует консенсус относительно их относительного размера. Более длинные последовательности называются минисателлитами , а еще более длинные последовательности называются сателлитными сайтами ДНК. Некоторые ученые различают три категории по минимальному количеству пар оснований, а другие используют минимальное количество повторяющихся единиц. Большинство повторов встречается в нетранслируемых областях, особенно в интронах . Однако микросателлиты, которые встречаются в кодирующих регионах, часто подавляют распространение большинства последующих событий. Микросателлиты составляют примерно три процента генома человека, или более миллиона фрагментов ДНК. Плотность микросателлитов увеличивается с размером генома и наблюдается в два раза чаще на концах плеч хромосом, чем в телах хромосом. [ 4 ]
Механизм
[ редактировать ]MSI был обнаружен в 1970-х и 1980-х годах.
В широком смысле MSI возникает из-за неспособности белков репарации ошибочного спаривания (MMR) исправить ошибку репликации ДНК. Репликация ДНК происходит в фазе «S» клеточного цикла ; ошибочное событие создания региона MSI происходит во время второго события репликации. Исходная цепь не повреждена, но в дочерней цепи происходит мутация сдвига рамки из-за проскальзывания ДНК-полимеразы. В частности, ДНК-полимераза проскальзывает, создавая временную петлю вставки-удаления, которая обычно распознается белками MMR. Однако когда белки MMR не функционируют нормально, как в случае MSI, эта петля приводит к мутациям сдвига рамки считывания либо посредством вставок, либо делеций, что приводит к нефункциональным белкам. [ 5 ]
MSI уникален для полиморфизма ДНК тем, что ошибки репликации различаются по длине, а не последовательности. Скорость и направление мутаций, вызывающих MSI, являются основными компонентами определения генетических различий. На сегодняшний день ученые сходятся во мнении, что частота мутаций различается по положению локусов. Чем больше длина MSI, тем выше частота мутаций. [ 4 ]
Хотя большинство мутаций MSI являются результатом мутаций сдвига рамки считывания, иногда события мутаций, приводящие к MSI, происходят из-за гиперметилирования промотора h MLH1 (белок MMR). Гиперметилирование происходит, когда к нуклеотиду ДНК добавляется метильная группа, что приводит к молчанию генов и образованию MSI. [ 6 ]
Исследователи показали, что окислительное повреждение приводит к мутациям со сдвигом рамки, что приводит к образованию MSI, но им еще предстоит прийти к согласию относительно точного механизма. Было показано, что чем больше окислительный стресс воздействует на систему, тем больше вероятность возникновения мутаций. Кроме того, каталаза уменьшает мутации, тогда как медь и никель увеличивают количество мутаций за счет увеличения восстановления пероксидов. Некоторые исследователи полагают, что окислительный стресс в определенных локусах приводит к остановке ДНК-полимеразы в этих участках, создавая среду для проскальзывания ДНК. [ 7 ]
Сначала исследователи полагали, что MSI был случайным, но есть данные, свидетельствующие о том, что цели MSI включают в себя растущий список генов. Примеры включают ген рецептора трансформирующего фактора роста бета и ген BAX . Каждая мишень приводит к различным фенотипам и патологиям. [ 8 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]Микросателлитная нестабильность связана с раком толстой кишки, раком желудка, раком эндометрия, раком яичников, раком гепатобилиарного тракта, раком мочевыводящих путей, раком головного мозга и раком кожи. MSI наиболее распространен в связи с раком толстой кишки. Ежегодно в мире регистрируется более 500 000 случаев рака толстой кишки. На основании результатов более чем 7000 пациентов, стратифицированных по раку толстой кишки MSI-High (MSI-H), MSI-Low (MSI-L) или микросателлитно-стабильному (MSS), у пациентов с опухолями MSI-H прогноз был более позитивным на 15%. по сравнению с опухолями MSI-L или MSS. [ 9 ]
Колоректальные опухоли с MSI обнаруживаются в правой части толстой кишки, что связано с плохой дифференцировкой ткани, высоким содержанием муциногенов, инфильтрирующими опухоль лимфоцитами и наличием реакции хозяина, подобной болезни Крона. [ 10 ] [ 11 ] Опухоли MSI-H, способствующие развитию колоректального рака, имеют меньше метастазов, чем другие производные колоректального рака. Об этом свидетельствуют предыдущие исследования, показавшие, что опухоли MSI-H более репрезентативны для рака стадии II, а не стадии III. [ 3 ]
Ученые исследовали связь белков вакуолярной сортировки белков (VPS) с MSI. Как и MSI, VPS связан с раком желудка и толстой кишки. В одном исследовании сообщается, что белки VPS связаны с раком MSI-H, но не с раком MSI-L, что ограничивает VPS только раком, специфичным для MSI-H. [ 12 ]
Статус MSI-H повышает вероятность синдрома Линча , но MSI-H также может возникать у пациентов без синдрома Линча, и подтверждение синдрома Линча требует тестирования ДНК зародышевой линии . Синдром Линча связан с MSI и увеличивает риск рака толстой кишки, эндометрия, яичников, желудка, тонкой кишки, гепатобилиарных путей, мочевыводящих путей, головного мозга и кожи. [ 3 ]
В одном исследовании было проведено более 120 пациентов с синдромом Линча, которые приписывали реакцию Крона (CLR), связанную с MSI, «специфическими для опухоли неопептидами, образующимися во время канцерогенеза MSI-H». Это исследование также подтвердило, что «наличие антиметастатической иммунной защиты у пациентов с КРР MSI-H может объяснить недавние результаты о том, что адъювантная химиотерапия 5-ФУ не оказывает положительного или даже неблагоприятного воздействия на эту группу». Исследователи предполагают, что лимфоциты играют защитную роль против MSI-H CRC, предотвращая метастазирование опухоли. [ 13 ]
Опухоли MSI в 15% случаев спорадического колоректального рака возникают в результате гиперметилирования промотора гена MLH 1, тогда как опухоли MSI при синдроме Линча вызваны мутациями зародышевой линии в MLH1 , MSH2 , MSH6 и PMS2 . [ 3 ]
Установлено, что MSI является причиной рака сальных желез. Карциномы сальных желез являются разновидностью более крупной патологии — синдрома Мьюира-Торре . MSI вариабельно экспрессируется при синдроме Мьюира-Торре, чаще всего выражается при общих патологиях у пациентов с раком толстой кишки. Кроме того, белки MMR MLH 1, MSH 2, MSH6 и PMS2 играют важную роль в периокулярной карциноме сальных желез, которая наблюдается на веке в 40% случаев карциномы сальных желез. [ 14 ]
В мае 2017 года FDA одобрило иммунотерапевтический препарат под названием Кейтруда ( пембролизумаб ) ( ингибитор PD-1 ) для пациентов с неоперабельными или метастатическими солидными опухолями с высокой микросателлитной нестабильностью (MSI-H) или недостаточностью репарации несоответствия (dMMR), которые прогрессировали после предшествующего лечения. Это показание не зависит от оценки экспрессии PD-L1 , типа ткани и местоположения опухоли. [ 15 ]
Диагностика микросателлитной нестабильности
[ редактировать ]MSI является хорошим маркером для выявления синдрома Линча и определения прогноза лечения рака. В 1996 году Национальный институт рака (NCI) провел международный семинар по синдрому Линча, который привел к разработке «Руководства Bethesda» и локусов для тестирования MSI. Во время этого первого семинара NCI согласовал пять микросателлитных маркеров, необходимых для определения присутствия MSI: два мононуклеотида, BAT25 и BAT26, и три динуклеотидных повтора, D2S123, D5S346 и D17S250. Опухоли MSI-H возникают в результате наличия MSI более 30% нестабильных локусов MSI (>2 или более из 5 локусов). Опухоли MSI-L возникают менее чем в 30% нестабильных биомаркеров MSI. Опухоли MSI-L классифицируются как опухоли альтернативной этиологии. Некоторые исследования показывают, что пациенты с MSI-H лучше реагируют только на хирургическое вмешательство, а не на химиотерапию и хирургическое вмешательство, что предотвращает ненужное применение химиотерапии у пациентов. [ 3 ]
Шесть лет спустя, во время второго семинара, организованного NCI и посвященного пересмотру синдрома Линча в 2002 году, Рекомендации Bethesda были пересмотрены (позже опубликованы в 2004 году). [ 16 ] ), в котором рекомендованы новые критерии тестирования MSI. В частности, они определили, что пять мононуклеотидных локусов превосходят смесь моно- и динуклеотидных локусов, поскольку динуклеотидные локусы могут казаться смещенными, хотя на самом деле это не так, что увеличивает вероятность ложноположительного результата MSI-H.
Первый коммерчески доступный комплект был предоставлен корпорацией Promega , Мэдисон, Висконсин, под названием « Система анализа нестабильности микроспутников 1.2» (RUO). С тех пор Promega MSI RUO получил широкое распространение с 2004 года: в более чем 120 рецензируемых публикациях упоминается его глобальный статус «золотого стандарта» в определении статуса MSI раковой ткани.
Недавно появились наборы для обнаружения MSI на основе ПЦР в реальном времени. [ 17 ] были успешно представлены на рынке. Важнейшими преимуществами считаются одноэтапный формат закрытой пробирки, высокая точность и чувствительность продуктов на основе ПЦР в реальном времени без какого-либо дополнительного анализа после амплификации ПЦР по сравнению с традиционными методами (ПЦР с последующим анализом фрагментов).
Искусственный интеллект также использовался для прогнозирования MSI по появлению опухолей под микроскопом. [ 11 ] [ 18 ] Цифровую патологию можно изучить с помощью методов машинного обучения, а прогнозы относительно MSI можно сделать без какого-либо молекулярного тестирования. [ 11 ] Эти методы еще не показали результатов, достаточных для внедрения в клиническую помощь.
Прямые и непрямые механизмы способствуют устойчивости к химиотерапии. Прямые механизмы включают пути, которые метаболизируют препарат, тогда как непрямые механизмы включают пути, которые реагируют на химиотерапию. Путь восстановления ДНК NER играет существенную роль в устранении повреждения клеток, вызванного химиотерапевтическими агентами, такими как 5-ФУ. [ 19 ]
Открытия с 2010 года
[ редактировать ]В мае 2017 года FDA одобрило иммунотерапевтический препарат под названием Кейтруда ( пембролизумаб ) ( ингибитор PD-1 ) для пациентов с неоперабельными или метастатическими солидными опухолями с высокой микросателлитной нестабильностью (MSI-H) или недостаточностью репарации несоответствия (dMMR), которые прогрессировали после предшествующего лечения. Это показание не зависит от оценки экспрессии PD-L1 , типа ткани и местоположения опухоли. [ 15 ]
Исследователи обнаружили еще один MSI, называемый повышенными микросателлитными изменениями в выбранных тетрануклеотидных повторах (EMAST). Однако EMAS уникален тем, что он не является производным MMR и обычно связан с TP53 . мутациями [ 5 ]
EMASТ наблюдается при различных видах рака, в том числе при раке легких, головы и шеи, колоректального рака, кожи, мочевыводящих путей и репродуктивных органов. Участки внешних органов имеют больший потенциал для EMAS. Некоторые исследователи полагают, что EMAST может быть следствием мутагенеза. Положительные границы EMAS при отрицательных границах рака в противном случае предполагают рецидив заболевания у пациентов. [ 20 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Эрлих М., изд. (2000). Изменения ДНК при раке: генетические и эпигенетические изменения . Натик, Массачусетс: Eaton Publ. п. 178. ИСБН 978-1-881299-19-6 .
- ^ Шлёттерер С., Харр Б. (март 2004 г.). «Микроспутниковая нестабильность» (PDF) . Энциклопедия наук о жизни . дои : 10.1038/npg.els.0000840 . ISBN 978-0470016176 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Jump up to: а б с д и Бюшер Б, Каше В, Руло Э, Дьемегар Б, Митри Э, Льевр А (июнь 2013 г.). «Роль микросателлитной нестабильности в лечении колоректального рака». Болезни пищеварения и печени . 45 (6): 441–449. дои : 10.1016/j.dld.2012.10.006 . ПМИД 23195666 .
- ^ Jump up to: а б Эллегрен Х (июнь 2004 г.). «Микросателлиты: простые последовательности со сложной эволюцией». Обзоры природы. Генетика . 5 (6): 435–445. дои : 10.1038/nrg1348 . ПМИД 15153996 . S2CID 11975343 .
- ^ Jump up to: а б Боланд Ч.Р., Гоэл А. (июнь 2010 г.). «Микросателлитная нестабильность при колоректальном раке» . Гастроэнтерология . 138 (6): 2073–2087.e3. дои : 10.1053/j.gastro.2009.12.064 . ПМК 3037515 . ПМИД 20420947 .
- ^ Ли Ю.К., Король А.Б., Фахима Т., Нево Э. (июнь 2004 г.). «Микросателлиты внутри генов: структура, функции и эволюция» . Молекулярная биология и эволюция . 21 (6): 991–1007. дои : 10.1093/molbev/msh073 . ПМИД 14963101 .
- ^ Джексон А.Л., Чен Р., Леб Л.А. (октябрь 1998 г.). «Индукция микросателлитной нестабильности окислительным повреждением ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (21): 12468–12473. Бибкод : 1998PNAS...9512468J . дои : 10.1073/pnas.95.21.12468 . ПМК 22854 . ПМИД 9770509 .
- ^ Имаи К., Ямамото Х (апрель 2008 г.). «Канцерогенез и микросателлитная нестабильность: взаимосвязь генетики и эпигенетики» . Канцерогенез . 29 (4): 673–680. дои : 10.1093/carcin/bgm228 . ПМИД 17942460 .
- ^ Попат С., Хабнер Р., Хоулстон Р.С. (январь 2005 г.). «Систематический обзор микросателлитной нестабильности и прогноза колоректального рака». Журнал клинической онкологии . 23 (3): 609–618. дои : 10.1200/JCO.2005.01.086 . ПМИД 15659508 .
- ^ Маоз А., Деннис М., Гринсон Дж. К. (2019). «Лимфоидная реакция типа Крона на колоректальный рак — третичные лимфоидные структуры, имеющие иммунологическое и потенциально терапевтическое значение при колоректальном раке» . Границы в иммунологии . 10 :1884. дои : 10.3389/fimmu.2019.01884 . ПМК 6714555 . ПМИД 31507584 .
- ^ Jump up to: а б с Хильдебранд Л.А., Пирс С.Дж., Деннис М., Парача М., Маоз А. (январь 2021 г.). «Искусственный интеллект для гистологического обнаружения микросателлитной нестабильности и прогнозирования ответа на иммунотерапию при колоректальном раке» . Раки . 13 (3): 391. doi : 10.3390/cancers13030391 . ПМЦ 7864494 . ПМИД 33494280 .
- ^ Ан СН, Ким ЮР, Ким ХС, Ким СС, Ю Нью-Джерси, Ли Ш. (январь 2012 г.). «Мутации со сдвигом рамки считывания генов сортировки вакуолярных белков при раке желудка и колоректального рака с микросателлитной нестабильностью». Патология человека . 43 (1): 40–47. дои : 10.1016/j.humpath.2010.03.015 . ПМИД 21733561 .
- ^ Буковиц А., Кнебель Х.П., Беннер А., Блакер Х., Геберт Дж., Кинле П., фон Кнебель Дёбериц М., Клур М. (май 2005 г.). «Микросателлитная нестабильность при колоректальном раке связана с локальной лимфоцитарной инфильтрацией и низкой частотой отдаленных метастазов» . Британский журнал рака . 92 (9): 1746–1753. дои : 10.1038/sj.bjc.6602534 . ПМК 2362037 . ПМИД 15856045 .
- ^ Раджан К.Д., Беррис С., Илифф Н., Грант М., Эшлиман-младший, Эберхарт К.Г. (март 2014 г.). «Дефекты восстановления несоответствия ДНК и состояние микросателлитной нестабильности при периокулярной карциноме сальных желез». Американский журнал офтальмологии . 157 (3): 640–7.e1–2. дои : 10.1016/j.ajo.2013.12.002 . ПМИД 24321472 .
- ^ Jump up to: а б Центр оценки и исследования лекарств. «Одобренные лекарственные средства – FDA предоставляет ускоренное одобрение пембролизумабу для первого независимого от ткани/места применения показания» . www.fda.gov . Проверено 24 мая 2017 г.
- ^ Умар А., Боланд Ч.Р., Тердиман Дж.П., Сингал С., де ла Шапель А., Рюшофф Дж. и др. (февраль 2004 г.). «Пересмотренные рекомендации Bethesda по наследственному неполипозному колоректальному раку (синдром Линча) и микросателлитной нестабильности» . Журнал Национального института рака . 96 (4): 261–268. дои : 10.1093/jnci/djh034 . ПМЦ 2933058 . ПМИД 14970275 .
- ^ Продукты Seasunbio
- ^ Катер, Якоб Николас; Пирсон, Александр Т.; Халама, Нильс; Ягер, Дирк; Краузе, Иеремиас; Ослабить, Свен Х.; Маркс, Александр; Бур, Питер; Таке, Фрэнк; Нойманн, Ульф Петер; Грабш, Хайке И.; Ёсикава, Такаки; Бреннер, Герман; Чанг-Клод, Дженни; Хоффмайстер, Михаэль (июль 2019 г.). «Глубокое обучение может предсказать микросателлитную нестабильность непосредственно на основании гистологии рака желудочно-кишечного тракта» . Природная медицина . 25 (7): 1054–1056. дои : 10.1038/s41591-019-0462-y . ISSN 1078-8956 . ПМЦ 7423299 . ПМИД 31160815 .
- ^ Дулдулао, член парламента, Ли В., Ле М., Чен З., Ли В., Ван Дж., Гао Х., Ли Х., Ким Дж., Гарсиа-Агилар Дж. (май 2012 г.). «Вариации экспрессии генов в микросателлитных стабильных и нестабильных клетках рака толстой кишки» . Журнал хирургических исследований . 174 (1): 1–6. дои : 10.1016/j.jss.2011.06.016 . ПМК 3210903 . ПМИД 21816436 .
- ^ Мерритт М.А., Крамер Д.В., Миссмер С.А., Витонис А.Ф., Титус Л.Дж., Терри К.Л. (март 2014 г.). «Потребление диетического жира и риск эпителиального рака яичников по гистологии опухоли» . Британский журнал рака . 110 (5): 1392–1401. дои : 10.1038/bjc.2014.16 . ПМЦ 3950866 . ПМИД 24473401 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Дюваль А., Хамелен Р. (2002). «Генетическая нестабильность при раке человека с дефектом восстановления несоответствия». Анналы генетики . 45 (2): 71–75. дои : 10.1016/s0003-3995(02)01115-2 . ПМИД 12119215 .