Молекулярно-генетическ ое исследование наследственной предрасположенности к раку яичников
На правах рукописи
Смирнова Татьяна Юрьевна
Молекулярно-генетическое исследование НАСЛЕДСТВЕННОЙ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К ракУ яичников
03.00.15. – генетика
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Москва - 2008
Работа выполнена в ГУ Медико-генетический научный центр РАМН
| Научный руководитель: | доктор биологических наук, профессор Карпухин Александр Васильевич |
| Официальные оппоненты: | доктор медицинских наук, профессор Дадали Елена Леонидовна доктор медицинских наук, профессор Журков Вячеслав Серафимович |
| Ведущая организация: | ГОУ ВПО Московский государственный медико-стоматологический университет Росздрава |
Защита диссертации состоится « » 2008 г. в « » часов на заседании Диссертационного совета Д 001.016.01 в ГУ МГНЦ РАМН по адресу: 115478, Москва, ул. Москворечье, д. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГУ МГНЦ РАМН по адресу: 115478, Москва, ул. Москворечье, д. 1.
Автореферат разослан « » 2008 г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета Д 001.016.01,
доктор медицинских наук Зинченко Р. А.
Актуальность темы
Проблема злокачественных новообразований яичников весьма актуальна вследствие высокой летальности и неуклонного роста его частоты. Занимая 3-е место по заболеваемости среди злокачественных опухолей женских половых органов, рак яичников (РЯ) является лидирующей причиной смертельных исходов в онкогинекологии [Давыдов М.И. с соавт., 2007]. Основная причина высокой смертности больных РЯ заключается в бессимптомном течение заболевания на ранних стадиях, в результате чего около 80% случаев РЯ диагностируется на III-IV стадии болезни, когда эффективность лечения крайне низка [Jacobs I.J. et al., 2004; Ozols R.F. et al., 2005]. Поэтому особенно актуальным представляется изучение возможности ранней диагностики РЯ на начальных этапах развития заболевания.
Одним из эффективных подходов, способствующих раннему выявлению РЯ, является молекулярно-генетическое исследование его наследственной формы, которая в подавляющем числе случаев развивается вследствие наследуемых мутаций в генах-супрессорах опухоли BRCA1 и BRCA2. Для определения вклада наследственной формы РЯ в общую структуру заболевания проводится скрининг выборки больных РЯ, сформированной без учета семейной истории заболевания, на наличие мутаций в генах BRCA1 и BRCA2. В выборках больных из разных популяций обнаруживают различную частоту мутаций - от 3% до 40%. В России подобные исследования ранее проведены не были. Восполнение этого пробела внесет существенный вклад в понимание особенностей мутационных процессов в разных популяциях. Кроме того, определение характеристик мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 в выборке российских больных РЯ необходимо для разработки практической диагностики наследственной предрасположенности к данному заболеванию. Выявление наследуемых мутаций, основанное на молекулярно-генетических данных об особенностях характеристик мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 в России, обеспечит объективный критерий для формирования групп повышенного риска развития РЯ.
Поскольку мутации в генах BRCA1 и BRCA2 связаны с повышенным риском развития не только РЯ, но и рака молочной железы (РМЖ), весьма актуальным является изучение генетических причин модификации риска возникновения рака разной локализации. Механизмом такой модификации может быть влияние аллелей умеренного риска рака той или иной локализации. Полиморфные варианты в генах BRCA1 и BRCA2, мутации в которых обусловливают высокий риск развития РЯ и РМЖ, могут выступать в качестве таких аллелей [Baynes C. et al., 2007]. Несмотря на наличие ряда работ в этом направлении, исследование данного вопроса нельзя признать достаточным. В частности, отсутствует сравнительный анализ влияния на риск вариантов в генах BRCA1/2 при спорадических формах рака и при мутациях в указанных генах. Практически не изучено значение для модификации риска генетического взаимодействия ОНП в генах BRCA1/2. Выявление корреляции генотип-фенотип существенно для углубления понимания молекулярных механизмов действия генов-супрессоров в злокачественной трансформации клеток и важно для разработки способов прогнозирования риска возникновения рака определенной локализации.
Выявление наследственной предрасположенности к РЯ на основе ДНК-диагностики обеспечит базу для развития профилактики этого заболевания на принципиально новой основе.
Целью данного исследования явился молекулярно-генетический анализ наследственной предрасположенности к РЯ в связи с особенностями первичной структуры генов BRCA1 и BRCA2.
Задачи исследования:
- Определить характеристики мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 в выборке российских больных РЯ, сформированной без учета семейной истории заболевания.
- Изучить частоты генотипов по однонуклеотидным полиморфизмам в генах BRCA1 и BRCA2 в выборке больных РЯ и в контрольной выборке.
- Провести сравнительный анализ частот генотипов по однонуклеотидным полиморфизмам генов BRCA1 и BRCA2 у больных с разной локализацией рака: яичников и молочной железы.
Научная новизна
Впервые на российской выборке изучен вклад наследственной формы, связанной с мутациями в генах BRCA1 и BRCA2, в общую структуру заболеваемости РЯ. Выявленная частота мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 относится к наиболее высоким среди изученных аналогичных выборок больных в европейских странах. Основное число мутаций у российских больных РЯ наблюдается в гене BRCA1. Для выявления генетических факторов модификации риска рака различной локализации впервые проведен сравнительный анализ частот генотипов по однонуклеотидным полиморфизмам в генах BRCA1 и BRCA2 в четырех выборках больных: РЯ с мутациями и без мутаций в гене BRCA1, РМЖ с мутациями и без мутаций в гене BRCA1. Впервые показано, что как при мутациях, так и без мутаций в гене BRCA1 одни и те же аллели ассоциированы с модификацией риска РЯ. Аллели, ассоциированные с повышенным риском, различны для РЯ и спорадического РМЖ. Изученные однонуклеотидные полиморфизмы не влияют на риск РМЖ при мутациях в гене BRCA1, что может указывать на отсутствие связи возникновения рака этой локализации с иными, кроме мутации, вариантами в генах BRCA1 и BRCA2.
Научно-практическая значимость работы
Установленная в ходе данной работы высокая частота мутаций в генах BRCA1/2 указывает на важное практическое значение ДНК-диагностики наследственной предрасположенности к РЯ. Полученные результаты о преимущественной связи наследственной формы РЯ в России с мутациями в гене BRCA1 и характеристиках спектра, включающего несколько повторяющихся мутаций с преобладанием одной из них - 5382insC, определяют возможность проведения скрининговых исследований на предрасположенность к данному заболеванию для формирования групп повышенного риска. Выявленные различия генотипов повышенного риска РЯ и РМЖ создают предпосылки для разработки способа идентификации предрасположенности к возникновению рака определенной локализации при наличии мутации в гене BRCA1.
Внедрение в практику
Результаты исследования и практические рекомендации внедрены в работу ГУ Медико-генетического научного центра РАМН.
Положения, выносимые на защиту:
- Среди российских больных РЯ установлена частота индивидуумов с мутацией в гене BRCA1 или BRCA2 (16,8%, 95%ДИ 10,724,9%). Обнаруженные мутации преимущественно локализованы в гене BRCA1, с преобладанием в спектре мутации 5382insC.
- Генотипы по однонуклеотидным полиморфизмам в генах BRCA1/2, ассоциированные с модификацией риска, одни и те же при РЯ с мутациями и без мутаций в указанных генах.
- Генотипы, ассоциированные с увеличенным риском развития РЯ и спорадического РМЖ, различны. Среди больных РМЖ с мутацией в гене BRCA1 генотипы по исследованным ОНП не ассоциированы с модификацией риска.
- Сниженный риск развития и РЯ, и спорадического РМЖ связан с одним и тем же генотипом.
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации.
Все этапы молекулярно-генетического исследования (выделение ДНК, амплификация исследуемых фрагментов, электрофоретическая детекция), статистический анализ, обработка и обсуждение результатов выполнены автором лично.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены: на V съезде Российского общества медицинских генетиков (2005 г.), VI Международной конференции по молекулярной генетике соматических клеток, Звенигород (2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Молекулярные методы диагностики моногенных заболеваний: возможности и перспективы» (2006 г.), конференции European Human Genetics Conference 2007; European Human Genetics Conference 2008.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 11 научных публикаций, из них 4 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК МОН РФ.
Объем и структура работы
Диссертация изложена на 101 странице машинописного текста; включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, 7 глав собственных исследований и обсуждений результатов исследования, заключение, выводы, список использованной литературы. Библиография содержит 12 отечественных и 111 зарубежных источника. Диссертация иллюстрирована 18 таблицами и 15 рисунками.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Материалы и методы исследования
Группа больных РЯ была сформирована из 101 женщины только на основании соответствующего диагноза без учета семейной истории заболевания. Сбор образцов крови пациентов и анализ семейной истории осуществлялись сотрудниками лаборатории онкологической генетики НИИ ГУ РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН (ст. научн. сотрудник, к.м.н. Л.Н. Любченко, зав. лабораторией, проф., д.м.н. Р.Ф. Гарькавцева). В гене BRCA1 исследовали первичную структуру всех 22 кодирующих экзонов. В гене BRCA2 исследование ограничили 11 экзоном, который является участком локализации мутаций при РЯ, обозначаемый как ovarian cancer cluster region (OCCR) [Thompson D. et al., 2002; Lubinski J. et al., 2004].
Для определения дополнительных генетических факторов, модифицирующих риск развития и локализации рака, был исследован набор ОНП (3232A>G[E1038G] в гене BRCA1; 203G>A, расположенный в 5`-нетранслируемой области гена BRCA2; и 1342A>C[N372H] в гене BRCA2) в выборках больных, отличающихся по локализации рака и наличию/отсутствию наследуемых мутаций в генах BRCA1/2: РЯ (спорадический и BRCA1-ассоциированный) и РМЖ (BRCA1-ассоциированный и спорадический).
В процессе анализа выполнялись следующие процедуры: выделение геномной ДНК из образцов периферической крови пациентов; амплификация исследуемых фрагментов генов методом полимеразной цепной реакции (ПЦР); электрофоретический анализ продуктов амплификации; секвенирование фрагментов ДНК, идентифицированных в качестве мутантных при электрофоретическом анализе.
Выделение геномной ДНК из лейкоцитов периферической крови проводили при инкубации в среде, содержащей протеиназу К и додецилсульфат Na (0,5%, в течение 3 часов при 550С) [Sambrook J. et al., 1989]. ПЦР исследуемых фрагментов ДНК проводили на программируемом термоциклере МС2 фирмы «ДНК-технология» (Россия) с использованием олигонуклеотидных праймеров, синтезированных в НПО «SYNTOL».
Для выявления изменений нуклеотидной последовательности исследуемых генов использовался конформационно-чувствительный гель электрофорез (CSGE), проводимый на аппарате 2010 MACROPHOR (LKB, Швеция) с последующим окрашиванием путем экспозиции в 0,2% растворе нитрата серебра и проявлении фракций ДНК в смеси 3% раствора карбоната натрия и 0,05% раствора формальдегида. Фрагменты ДНК, с электрофоретически обнаруженными вариациями структуры секвенировали согласно протоколу фирмы-производителя на приборе ABI Prism 3100 совместно с сотрудниками Института молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН. Анализ результатов секвенирования осуществляли с помощью программ Chromas и BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast).
Статистический анализ выполняли с помощью стандартного пакета «Statistica» (версия 6.0, «Statsoft Inc.», США).
Результаты и их обсуждение
Частота мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 при раке яичников
В результате исследования у 17 из 101 больного РЯ обнаружили мутацию в гене BRCA1 или BRCA2 (16,8%; 95% ДИ 10,724,9%). Установленное значение частоты мутаций в исследованных генах в выборке российских больных РЯ является одним из наиболее высоких среди европейских стран [Pal J. et al., 2005; Khoo U.S. et al., 2000; Zikan M. et al., 2005; Malander S. et al., 2004; Kim Y.T. et al., 2005; Risch H.A. et al., 2001]. Высокая частота мутаций является свидетельством важности и эффективности исследования всех больных РЯ на наличие наследственной предрасположенности к этому заболеванию. На рис.1 приведен пример детекции мутации в гене BRCA1.
Рис.1. Определение изменений первичной структуры ДНК гена BRCA1.
Слева - электрофоретическое разделение методом CSGE амплифицированных фрагментов ДНК гена BRCA1 (20 экзон) у больных РЯ. Справа - фрагмент результата секвенирования 20 экзона гена BRCA1, обнаруживающий вставку нуклеотида С в положении 5382 нуклеотидной последовательности. Обозначения: N/N – норма, N/M – наличие мутации в одном из аллелей.
Наибольшее число мутаций в исследованной нами выборке было выявлено в гене BRCA1 - 15 мутаций (14,8%), в то время как в гене BRCA2 – 2 мутации (2%). Соотношение частоты мутаций в гене BRCA1 к случаям мутаций в гене BRCA2 составило приблизительно 8 к 1. Этот результат хорошо соотносятся с данными многочисленных исследований, согласно которым частота мутаций в гене BRCA1 превышает таковую в гене BRCA2 независимо от этнической принадлежности индивидуумов в исследуемой выборке.
В гене BRCA2 нами были обнаружены две известные миссенс-мутации – K1690N и K1888R (2%). Первая приводит к замене кодируемой аминокислоты лизин на аспарагин, вторая – лизин на аргинин. Значительная доля миссенс-мутаций в спектре гена BRCA2 характерна для не отобранных по семейной истории выборок РЯ и из других популяций. В подобной выборке, изученной в США, миссенс-варианты в гене BRCA2 составили более половины [Pal T., 2005]. В Польше - почти все найденные среди больных изменения структуры в гене BRCA2 являлись миссенс-вариантами [Majdak E.J. et al., 2005]. Хотя точное значение таких вариантов, как правило, неизвестно, имеются основания рассматривать их в качестве аллелей риска [Malander S. et al., 2004].
Спектр мутаций в гене BRCA1
Среди мутаций в гене BRCA1 преобладала мутация 5382insC с долей, составившей 60% (9/15). Остальную часть спектра составили 4 мутации – C61G, 185delAG, 4154delA, 2080delA (рис. 2). Таким образом, мутации преимущественно связаны с геном BRCA1 и характеризуются узким спектром (до 60% составляет одна мутация 5382insC). Полученные данные указывают на возможность определения нескольких мутаций в гене BRCA1 при формировании групп повышенного риска развития РЯ, что существенно упрощает исследование без уменьшения эффективности и предопределяет осуществимость скрининга.
Рис.2. Спектр мутаций в гене BRCA1 при раке яичников.
С другой стороны, близкие характеристики спектра мутаций и высокую частоту мутации 5382insC в российской выборке наблюдали ранее при изучении семейного рака молочной железы [Карпухин А.В. с соавт., 2006]. Следовательно, один и тот же набор мутаций формирует предрасположенность и к РЯ, и к РМЖ, указывая на то, что иные, нежели положение мутации в гене, генотипические особенности влияют на локализацию BRCA-ассоциированного рака.
Анализ семейной истории больных раком яичников с мутациями в генах BRCA1/2
Среди больных РЯ с мутацией в гене BRCA1 или BRCA2 выяснили наличие родственников, имевших диагноз РЯ и/или РМЖ. Семейный анамнез одного больного был не доступен. Было установлено, что 14 из 16 (88%) изученных больных BRCA-ассоциированным РЯ имели родственников с РЯ и/или РМЖ
Рассмотренные в ходе настоящей работы семьи пробандов отличались по соотношению случаев РЯ и РМЖ у родственников, что позволило распределить семьи на две группы. Первую группу составили семьи, в которых среди родственников встречается только РЯ или РЯ является более частым, чем РМЖ, заболеванием (РЯ–семьи). Вторую группу составили семьи, в которых РМЖ является преобладающим над РЯ заболеванием (РМЖ - семьи). Мы наблюдали примерно одинаковое распределение семей между двумя группами: 8 РЯ-семей и 6 РМЖ-семей. Для каждой группы семей мы суммировали обнаруженные мутации. Оказалось, что преобладающей мутацией среди двух групп семей была 5382insC: среди РЯ-семей доля 5382insC составила 63%, а среди РМЖ-семей - 50%. Таким образом, как в РЯ-, так и в РМЖ-семьях преобладает мутация 5382insC, что является дополнительным свидетельством о наличии иных, нежели положение мутации в гене, генотипических особенностях, влияющих на локализацию BRCA-ассоциированного рака.
Следовательно, характеристики спектра мутаций не позволяют связать локализацию рака с положением мутаций в гене. Другим генетическим фактором, потенциально способным влиять на риск рака той или иной локализации, являются однонуклеотидные полиморфизмы в генах BRCA1/2.
Исследование однонуклеотидных полиморфизмов
В данном разделе работы исследовали четыре выборки больных, отличающихся по локализации рака и наличию/отсутствию наследуемых мутаций в генах BRCA1/2 (табл.1). Во всех указанных выборках определяли частоты генотипов по трем полиморфным вариантам в генах BRCA1/2, которые сравнивали с частотами в контрольной выборке.
Таблица 1
Характеристика исследованных выборок.
| Номер выборки | Характеристика выборки | Размер выборки, человек | Условное обозначение выборки |
| 1 | пациенты с диагнозом РЯ без обнаруженных мутаций в генах BRCA1/2, спорадический РЯ | 84 | СРЯ |
| 2 | пациенты с диагнозом РЯ с обнаруженной мутацией в гене BRCA1 | 33 | МРЯ |
| 3 | пациенты с диагнозом РМЖ с обнаруженной мутацией в гене BRCA1 | 41 | МРМЖ |
| 4 | пациенты с диагнозом РМЖ без обнаруженных мутаций в гене BRCA1/2, спорадический РМЖ | 94 | СРМЖ |
| 5 | контрольная группа, сформированная из женщин, семьи которых и они сами не были отягощены ни РЯ, ни РМЖ. | 109 | К |
| Всего | 353 |
На рис.3 представлен пример электрофоретического генотипирования методом CSGE некоторых пробандов по ОНП N372H в гене BRCA2.
Рис.3. Генотипирование по полиморфизму N372H в гене BRCA2 с помощью метода конформационно-чувствительного электрофореза. Под каждой дорожкой указан соответствующий генотип: N/N – N372N; N/H – N372H; H/H – H372H.
Изучение ОНП в выборке спорадического рака яичников
В выборке СРЯ нами было обнаружено отличие в распределении частот генотипов по полиморфизму 203G>A от частот, наблюдаемых в контрольной выборке (табл.2). Генотип 203A/A достоверно чаще встречался в выборке СРЯ по сравнению с контрольной выборкой, а генотип 203G/A, напротив – реже. Присутствие генотипа 203A/A по полиморфизму 203G>A было связано с увеличенным риском развития СРЯ (OR = 5,9; р = 0,01), а генотипа 203G/A – напротив – с его уменьшением (OR = 0,5; р = 0,03).
Таблица 2.
Результаты генотипирования по исследованным ОНП в выборке больных спорадическим РЯ и в контрольной выборке.
| ген | полиморфизм | Генотип по полиморфизму | Количество генотипов в контрольной выборке | Количество генотипов в выборке СРЯ | OR | p |
| BRCA1 | E1038G | E1038E | 49 | 44 | 1,3 | 0,30 |
| E1038G | 42 | 28 | 0,8 | 0,45 | ||
| G1038G | 18 | 12 | 0,8 | 0,69 | ||
| BRCA2 | 203G>A | 203G/G | 58 | 48 | 1,2 | 0,66 |
| 203G/A | 48 | 24 | 0,5 | 0,03 | ||
| 203A/A | 3 | 12 | 5,9 | 0,01 | ||
| N372H | N372N | 67 | 45 | 0,7 | 0,30 | |
| N372H | 37 | 34 | 1,3 | 0,37 | ||
| H372H | 5 | 5 | 1,3 | 0,75 |
Примечания: жирным шрифтом отмечены достоверно значимые значения OR.
Изучение ОНП в выборке BRCA-ассоциированного рака яичников
В выборке МРЯ нами было обнаружено аналогичное наблюдавшемуся в выборке СРЯ отличие частот генотипов по полиморфизму 203G>A от контрольной выборки: генотип 203A/A чаще встречался в выборке МРЯ (OR=4,9; р=0,05), а генотип 203G/A, напротив – реже (OR=0,4; р=0,04). Единый характер отличий частот генотипов от контроля, наблюдаемый в выборках спорадического и BRCA1-ассоциированного РЯ, свидетельствует о наличии общих механизмов модификации риска, свойственных данным формам РЯ. Сравнение частот всех генотипов в выборках СРЯ и МРЯ не выявило достоверно значимых отличий (диапазон значений р от 0,14 до 0,83), что позволило объединить две данные выборки больных РЯ. Характеристики распределения генотипов по ОНП в генах BRCA1/2 были изучены в объединенной выборке РЯ. Мы получили результаты, аналогичные таковым для отдельных выборок РЯ, при этом уровень значимости различий частот увеличился на порядок: при генотипе 203A/A OR=5,8 (р=0,003), при генотипе 203G/A OR=0,5 (р=0,008). Таким образом, выявлены генотипы, модифицирующие риск развития РЯ, при этом их эффект проявляется независимо от присутствия или отсутствия мутации в гене BRCA1. Чтобы определить, связан ли модифицирующий эффект полиморфизма 203G>A на развитие рака именно данной локализации, были проанализированы выборки спорадического и BRCA-ассоциированного РМЖ.
Изучение ОНП в выборке BRCA-ассоциированного рака молочной железы
В выборке BRCA1-ассоциированного РМЖ мы не обнаружили достоверно значимых отличий в частотах генотипов по исследованным ОНП от частот в контрольной выборке. Следовательно, в отличие от модификации риска РЯ, изученные варианты в генах BRCA1/2 не влияют на риск рака молочной железы при мутациях в гене BRCA1.
Изучение ОНП в выборке спорадического рака молочной железы
В выборке CРМЖ установили уменьшенную по сравнению с контрольной выборкой частоту генотипа 203G/A (OR=0,5; p=0,02) и увеличенную частоту генотипа E1038G (OR=2,1; p=0,01). Следовательно, в выборке СРМЖ наблюдаются как сходные с полученными при исследовании выборки РЯ характеристики (уменьшение риска при генотипе 203G/A), так и отличающиеся (увеличение риска при генотипе E1038G).
Суммарные данные по исследованным выборкам представлены в табл.3. Из приведенных результатов следует совпадение генотипов, модифицирующих риск развития двух форм РЯ, как при мутациях, так и без мутаций в генах BRCA1/2, и отличия в профиле ассоциированных с риском ОНП между РЯ и РМЖ: для выборок рака различной локализации характерны специфические генотипы риска по ОНП.
Отдельные исследования показывают, что увеличенный риск развития РМЖ и РЯ может быть связан с различными генотипами, указывая на особенности генотип-фенотипического проявления ОНП [Hughes D.J. et al, 2005]. Одно из направлений настоящего исследования заключалось в установлении суммарной картины влияния ОНП генов BRCA1/2 на риск развития РМЖ и РЯ как при мутациях, так и без мутаций в указанных генах.
| генотип | СРЯ | МРЯ | МРМЖ | СРМЖ | К | |||||||||
| параметры вариант | Ч*,% | OR | p | Ч,% | OR | p | Ч,% | OR | p | Ч,% | OR | p | Ч,% | |
| E1038G | E1038E | 52,4 | 1,4 | 0,30 | 54,5 | 1,5 | 0,31 | 46,7 | 1,1 | 0,80 | 28,9 | 0,6 | 0,06 | 44,4 |
| E1038G | 33,3 | 0,8 | 0,45 | 39,4 | 1,0 | 0,96 | 48,9 | 1,5 | 0,25 | 58,1 | 2,1 | 0,01 | 38,9 | |
| G1038G | 14,3 | 0,8 | 0,69 | 6,1 | 0,3 | 0,13 | 4,4 | 0,2 | 0,06 | 12,2 | 0,7 | 0,42 | 16,7 | |
| 203G>A | 203G/G | 57,1 | 1,2 | 0,66 | 63,6 | 1,5 | 0,29 | 43,9 | 0,7 | 0,31 | 66,3 | 1,6 | 0,09 | 53,2 |
| 203G/A | 28,6 | 0,5 | 0,03 | 24,3 | 0,4 | 0,04 | 53,7 | 1,5 | 0,29 | 26,1 | 0,5 | 0,02 | 44,0 | |
| 203A/A | 14,3 | 5,9 | 0,01 | 12,1 | 4,9 | 0,05 | 2,4 | 1,1 | 0,91 | 7,6 | 2,8 | 0,12 | 2. 8 | |
| N372H | N372N | 53,6 | 0,7 | 0,30 | 68,8 | 1,4 | 0,45 | 67,4 | 1,3 | 0,49 | 57,4 | 0,8 | 0,56 | 61,5 |
| N372H | 40,5 | 1,3 | 0,37 | 31,2 | 0,9 | 0,78 | 27,9 | 0,8 | 0,47 | 38,3 | 1,2 | 0,56 | 33,9 | |
| H372H | 5,9 | 1,3 | 0,75 | 0 | 0,7 | 0,72 | 4,7 | 1,0 | 0,99 | 4,3 | 0,9 | 1,00 | 4,6 | |
Таблица 3.
Результаты генотипирования по ОНП в выборах больных раком яичников и молочной железы.
Примечания: Ч – частота, жирным шрифтом выделены статистически достоверные значения.
На рис.4 продемонстрированы полученные для каждой исследованной выборки генотипы риска: для выборок BRCA-ассоциированного и спорадического РЯ генотип, увеличивающий риск развития РЯ - 203A/А. К повышенному риску спорадического РМЖ приводит генотип E1038G.
Рис.4. Генотипы риска для различных выборок: спорадического рака яичников (CРЯ), BRCA1-ассоциированного рака яичников (МРЯ), BRCA1-ассоциированного рака молочной железы (МРМЖ) и спорадического рака молочной железы (СРМЖ).
Генотипы по исследованным ОНП не влияли на риск развития РМЖ при мутациях в гене BRCA1, т.е. присутствие мутации в этом гене не требует дополнительных генетических воздействий для возникновения рака молочной железы. Риск рака яичников при мутациях в гене BRCA1, напротив, может модифицироваться в присутствии низкопенетрантного аллеля.
Поскольку гомозиготный генотип 203А/А увеличивает риск развития РЯ, следовательно, аллель 203А является аллелем риска. В таком случае, логично было бы ожидать, что гетерозиготный генотип 203G/A, имеющий в своем составе один аллель 203А, также должен быть ассоциирован с увеличенным риском РЯ. Однако мы наблюдаем противоположный эффект: генотип 203G/A у здоровых индивидуумов встречается достоверно чаще. Мы предположили, что наблюдаемые противоречия могут быть связаны с генетическим взаимодействием генотипов по разным вариантам. Для проверки этой гипотезы провели сравнение частот комбинаций генотипов в объединенной выборке РЯ с контролем (табл.3). Было найдено, что генотип 203G/A в комбинации с генотипом E1038E в выборке РЯ встречался достоверно реже (OR=0,5; p=0,04). Поскольку генотип 203G/A при РЯ встречался реже по сравнению с контролем также в сочетании с генотипом N372N (OR=0,5; p=0,03), можно было предположить влияние на риск сочетания трех указанных генотипов. Для проверки этого предположения были изучены частоты комбинаций генотипов по трем полиморфизмам. Было найдено, что генотип 203G/A- E1038E в выборке РЯ встречался реже по сравнению с контролем только в присутствии генотипа N372H. То есть, комбинация генотипов по вариантам ОНП - E1038E-203G/A-N372H - связана с пониженным риском РЯ и встречается реже, чем 203G/A- E1038E (OR=0,2; p=0,04). В то же время, сочетание генотипов 203G/A-N372N в присутствии генотипа G1038G встречалось реже при РЯ по сравнению с контролем, причем отношение шансов было в пять раз ниже (OR=0,1; p=0,02), чем отношение шансов только при 203G/A-N372N (OR=0,5; р=0,03).
Таблица 4.
Значения OR при сочетании генотипов в объединенной выборке больных РЯ.
| E1038G-203G>A | ||||||
| 203G>A E1038G | 203G/G | p | 203G/A | p | 203A/A | p |
| E1038E | 2,0 | 0,02 | 0,5 | 0,04 | 6,8 | 0,04 |
| E1038G | 0,7 | 0,26 | 0,9 | 0,81 | 2,9 | 0,18 |
| G1038G | 0,8 | 0,67 | 0,3 | 0,07 | 2,8 | 0,09 |
| 203G>A-N372H | ||||||
| 203G>A N372H | 203G/G | p | 203G/A | p | 203A/A | p |
| N372N | 0,9 | 0,66 | 0,5 | 0,03 | 5,6 | 0,0003 |
| N372H | 1,7 | 0,09 | 0,5 | 0,13 | - | - |
| H372H | 0,7 | 0,66 | 0,9 | 0,96 | - | - |
| E1038G-N372H | ||||||
| N372H E1038G | N372N | p | N372H | p | H372H | p |
| E1038E | 1,3 | 0,40 | 1,2 | 0,65 | 2,8 | 0,35 |
| E1038G | 0,8 | 0,44 | 1,3 | 0,56 | 0,3 | 0,07 |
| G1038G | 0,6 | 0,25 | 0,8 | 0,66 | 0,8 | 0,60 |
Примечания: жирным шрифтом отмечены достоверно значимые значения OR.
При анализе влияния на увеличенный риск РЯ при 203А/А других генотипов, была установлена повышенная по отношению к контролю частота сочетания генотипов E1038E-203A/A-N372N (OR=6,8; р=0,04). При изучении сочетания генотипа 203A/A с другими генотипами по изученным ОНП достоверных отличий от контроля не наблюдали, что может свидетельствовать о связи с риском развития РЯ генотипа 203A/A только в составе сочетания E1038E-203A/A-N372N.
Полученные при анализе сочетаний генотипов по исследованным ОНП результаты объясняют причины противоречия в разнонаправленном действии на риск развития РЯ генотипов одного ОНП: 203G/A и 203A/A. Оно связано с их влиянием в составе разных сочетаний генотипов. Если генотип 203G/A ассоциирован с уменьшением риска развития РЯ в присутствии E1038E-N372H или G1038G-N372N, то генотип 203A/A приводит к возрастанию риска развития РЯ в присутствии N372N- E1038E.
При сравнении частот сочетаний генотипов в выборке СРМЖ с контролем установили, что уменьшенный риск развития рака связан с теми же сочетаниями генотипов, что наблюдались в выборке РЯ, «вырожденными» по одному варианту: E1038E-203G/А (OR=0,1; р=0,0001) и G1038G-N372N (OR=0,5; p=0,02). Генотип повышенного риска E1038G в гене BRCA1 оказался связанным с увеличенным риском только в присутствии генотипа N372H в гене BRCA2 (OR=2,1; p=0,04).
Отличие частот сочетаний некоторых генотипов при раке яичников или молочной железы от соответствующих частот в контроле могло быть связано с их неслучайными ассоциациями. Таблицы сопряженности генотипов 33 могли быть проверены на независимость с использованием критерия 2. Однако при соответствующей статистической обработке во всех таблицах было выявлено наличие значений ожидаемых частот меньше 5. При этих условиях 2 неустойчив [Реброва О.Ю., 2003] и получаемые результаты сложно интерпретировать. В связи с этим, проверку независимости распределений генотипов по парам ОНП провели, объединяя часть строк и столбцов. В контрольной выборке ассоциация была найдена только для генотипов по ОНП 203G>A и N372H (2 = 4,97; р = 0,03). Поскольку указанные полиморфизмы находятся в гене BRCA2, полученный результат мог свидетельствовать о неравновесии по сцеплению между некоторыми вариантами. Оценка частоты генотипов N372N-203G/G в предположении их случайных сочетаний показала, что наблюдаемая частота ниже, чем ожидаемая при случайном сочетании, в то время как частота генотипов, включающих 203А при N372N – выше. Во всех изученных выборках гомозиготный генотип 203А/А встречался только в сочетании с генотипом N372N. Среди всех 353 исследованных генотипов был зафиксирован только один явный случай совместного нахождения на одной хромосоме вариантов 203А и 372Н. То есть, эти данные указывают на нахождение вариантов 203А и N372, как правило, на одной хромосоме. Полученный нами результат коррелирует с данными других авторов. Так, в исследовании [Hughes D.J., 2005] оценка неравновесия по сцеплению показала, что аллели 203A и 372Н находятся в отрицательном неравновесии по сцеплению, и, следовательно, в геноме присутствуют в основном на разных хромосомах. Следовательно, выявленная при анализе частот сочетаний генотипов в контроле ассоциация отражает, видимо, преимущественное нахождение N372 в составе одного гаплотипа с 203А, которое снижает, по сравнению с ожидаемым при случайном комбинировании, частоту сочетаний N372-203G. Оценка ожидаемых частот N372-203G в предположении полного неравновесия по сцеплению N372 и 203А приводит также к более высокому, чем наблюдается в эксперименте, значению. Аналогичные выводы следуют из результатов расчетов в соответствие с подходом, приведенном Фогелем и Мотульским [Фогель Ф. с соавт., 1989].
Наиболее отчетливо описанные гаплотипические особенности проявились в выборке рака яичников. В этом случае распределение частот генотипов по полиморфизму 203G>А при N372N статистически значимо отличается от ожидаемого при случайном сочетании этих генотипов (р < 0,01), при наибольшей значимости отличий наблюдаемой и ожидаемой частоты N372N-203А/А. Такой же результат был получен для распределения частот генотипов по полиморфизму 203G>А при N372H (р < 0,01), за исключением направления различий: если для N372N-203А/А наблюдаемая частота была выше ожидаемой (16 и 9, соответственно), то для N372H-203А/А ситуация была обратной (0 и 6, соответственно). Как следует из рассмотренных результатов, связь генотипа 203А/А с увеличенным риском рака яичников осуществляется в сочетании с генотипом N372N. Это обстоятельство обусловлено, по крайней мере, в значительной степени, наличием гаплотипа N372-203А.
Сочетание генотипов E1038E и 203G/A существенно реже встречалось в выборке СРМЖ по сравнению с контролем (OR=0,1; p=0,0001). При анализе ассоциаций генотипа 203G/А с другими генотипами по исследованным полиморфизмам, таковая была найдена только при спорадическом раке молочной железы с генотипом Е1038E (2 =6,87; р=0,009). При раке яичников ассоциации указанных генотипов обнаружено не было (р=0,29), хотя при данной локализации рака генотип 203G/A также, как при СМРЖ, был ассоциирован с пониженным риском заболевания. По-видимому, это объясняется рассмотренным выше участием в характеристиках риска генотипа по третьему из исследованных ОНП, которое отсутствует при СМРЖ.
При СМРЖ была обнаружена ассоциация гомозиготного генотипа по редкому варианту G1038G и генотипа N372N (р=0,005), встречавшаяся реже при СРМЖ, чем в контроле (OR=0,2; р=0,021). Подобное снижение частоты встречаемости данной комбинации генотипов мы уже наблюдали на выборке РЯ, что свидетельствует о том, что индивидуумы с такой комбинацией генотипов имеют меньший риск развития как РЯ, так и СРМЖ. Влияние генотипов по третьему из изученных ОНП - 203G/A – при СМРЖ выявлено не было.
При СМРЖ повышенную по отношению к контролю частоту имел только генотип, включающий E1038G и N372H (OR=2,1; р=0,04). При этом частота генотипа E1038G - N372N в выборке СРМЖ не отличалась от частоты в контрольной выборке (р=0,11). Это может свидетельствовать о связи с риском СМРЖ аллеля 1038G гена BRCA1 в присутствии в геноме аллеля 372H гена BRCA2. В пользу такого объяснения свидетельствует также более низкая, чем в контроле, частота гомозиготного генотипа G1038G в присутствии N372N при СРМЖ. Анализ частот генотипов, включающих одновременно хотя бы один аллель1038G в гене BRCA1 и вариант 372Н в гене BRCA2, показал достоверную ассоциацию этих вариантов среди пациентов с раком молочной железы (р=0,033) и ее отсутствие в контрольной выборке (р=0,96). Это указывает на неслучайность одновременного присутствия с увеличенной частотой рассматриваемых вариантов генов BRCA1 и BRCA2 в геноме пациентов при СРМЖ. Суммарная частота всех генотипов, включающих аллели 1038G и 372H при СРМЖ была выше, чем в контроле (OR=1,9; р=0,039).
Проведенный анализ демонстрирует перспективность исследования сопряженности генотипов для выявления сочетаний, связанных с риском заболевания. Вместе с тем, для эффективной статистической обработки данных в этом направлении желателен больший, чем в настоящем исследовании, объем выборок. Тем не менее, полученные результаты свидетельствуют в пользу наличия ассоциаций генотипов, связанных с модификацией риска, среди больных.
Многие авторы проводимых за последнее время исследований предполагают, что распространенные аллели низкой пенетрантности, индивидуальный эффект которых невелик, а иногда и не детектируем даже в обширных исследованиях, при сочетании с другими аллелями низкой пенетрантности существенно увеличивают риск развития рака [Nathanson K.L. et al, 2001; Antoniou A.C. et al, 2002; Johnson N. et al., 2007]. Результаты генетических исследований предполагают, что в основе семейного РМЖ лежит полигенная модель, заключающаяся в ассоциированном воздействии на риск развития этого онкологического заболевания полиморфных вариантов ряда генов, чьи белковые продукты взаимодействуют друг с другом, выполняя взаимосвязанные функции. Полиморфные варианты в генах-супрессорах опухоли BRCA1/2 являются кандидатами на роль низкопенетрантных аллелей риска РЯ и РМЖ [Janezic S.A. et al, 1999; Spurdle A.B. et al, 2002; Ginolhac S.M. et al, 2003; Chenevix-Trench G. et al, 2007; Johnson N. et al., 2007; Baynes C. et al, 2007]. Действительно, в нашем исследовании мы наблюдали существенное изменение риска развития РЯ и спорадического РМЖ при ассоциации распространенных вариантов двух генов, BRCA1 и BRCA2, белковые продукты которых совместно участвуют в процессе репарации повреждения ДНК, образуя белковые комплексы, что согласуется с нашими данными о совместном влиянии на риск генотипов по вариантам двух генов.
ВЫВОДЫ
- Определена частота мутаций в генах BRCA1/2 в выборке случаев рака яичников, сформированной без учета семейной истории заболевания, среди российских больных, составившая 16,8% (95% ДИ 10,724,9%). Установленное значение относится к наиболее высоким среди подобных выборок из других европейских популяций. Большинство больных с мутацией (88%) имели отягощенный семейный анамнез РЯ и/или РМЖ.
- Наибольшее число больных РЯ с мутациями имели мутацию в гене BRCA1 – 88% (15/17). В спектре преобладала мутация 5382insC (9/15, 60%). Остальную часть спектра составили 4 другие мутации – C61G, 185delAG, 4154delA, 2080delA.
- Частоты генотипов по трем ОНП в генах BRCA1/2 в выборках РЯ с мутациями и без мутаций в указанных генах не отличались. В объединенной выборке рака яичников показана ассоциация генотипа 203A/A в гене BRCA2 с увеличенным риском развития рака яичников (OR=5,8; р=0,003; 95% ДИ: 1,619).
- В выборке больных РМЖ с мутацией в гене BRCA1 частоты генотипов по исследованным ОНП не отличались от контрольной группы. Среди больных спорадическим РМЖ найдена ассоциация с увеличенным риском генотипа E1038G в гене BRCA1 (OR=2,1; р=0,011; 95% ДИ 1,2 4).
- Частота генотипа 203G/A была снижена относительно контроля как в случае рака яичников (OR=0,5; р=0,008; 95% ДИ 0,3 – 0,9), так и при спорадическом раке молочной железы (OR=2,1; р=0,011; 95% ДИ 0,2 0,8).
- При анализе генотипов, образованных сочетаниями вариантов по всем изученным ОНП, установлено, что модифицирующее влияние на риск рака яичников генотипов 203G/A и 203A/A осуществляется в составе разных генотипов по другим ОНП.
Практические рекомендации
- Установленная высокая частота мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 и наличие среди пациентов с обнаруженной мутацией в указанных генах индивидуумов без семейной истории заболевания РЯ/РМЖ позволяет рекомендовать молекулярно–генетическое исследование всех больных РЯ на наличие мутаций в указанных генах.
- Учитывая, что доля больных РЯ с мутациями в гене BRCA2 невелика, оправданно первоначальное молекулярно-генетическое исследование гена BRCA1.
- Установлен узкий спектр мутаций в гене BRCA1 у российских больных, включающий пять основных мутаций (5382insC; C61G, 185delAG, 4154delA, 2080delA), определение которых при проведении скрининга обеспечит выявление группы риска с наследственной предрасположенностью к РЯ.
- Для формирования групп риска РЯ при выявлении мутации в указанных генах у пробанда рекомендуется исследование его родственников на наличие данной мутации. Динамическое наблюдение людей с мутациями обеспечит выявление рака яичников на ранней стадии и, следовательно, эффективное лечение.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
- Карпухин, А.В. Молекулярные особенности генов-супрессоров злокачественной трансформации клеток, связанные с возникновением и локализацией частых типов рака / Карпухин, А.В., Поспехова Н.И., Захаров С.Ф., Музаффарова Т.А., Цуканов А.С. Смирнова Т.Ю., Логинова А.Н., Любченко Л.Н., Сачков И.Ю., Кузьминов А.М., Гарькавцева Р.Ф., Гинтер Е.К. // Материалы VI Международной конференции по молекулярной генетике соматических клеток.- Звенигород.- 2005.
- Pospekhova N.I. BRCA2 variant associated with modification of ovarian cancer occurrence among Russian carriers with BRCA1 mutations / Pospekhova N.I., Smirnova T.Y., Lyubchenko L.N., Garkavtseva R.F., Ginter E.K., Karpukhin A.V.// Eur.J.Hum.Gen..- 2006.- V.14.- Suppl.1.- P. 209.
- Smirnova T.Y. Analysis of BRCA1 and BRCA2 genes among unselected ovarian cancer cases in Russia / Smirnova T.Y., Pospekhova N.I., Lyubchenko L.N., Garkavtseva R.F., Ginter E.K., Karpukhin A.V.// Eur.J.Hum.Gen.- 2006.- V.14.- Suppl.1.- P.225.
- Поспехова Н.И. Исследование взаимосвязи генотипа и фенотипа при мутациях в гене BRCA1 / Поспехова Н.И., Логинова А.Н, Смирнова Т.Ю., Любченко Л.Н., Гарькавцева Р.Ф., Гинтер Е.К., Карпухин А. В. // Медицинская генетика.- 2005.-Т.4.- № 6.- С. 254.
- Карпухин А.В. Молекулярная диагностика моногенных форм рака / Карпухин А.В., Поспехова Н.И., Музаффарова Т.А., Захаров С.Ф., Смирнова Т.Ю., Цуканов А.С., Логинова А.Н., Любченко Л.Н., Гончарова Е.А., Апанович П.В., Сачков И.Ю., Шахматов Д.Г., Кузьминов А.М., Щелыгин Ю.А., Гарькавцева Р.Ф., Гинтер Е.К.// Медицинская генетика. – 2006.- Т.5.- Прил. 2.- С.2-7.
- Смирнова Т. Ю. Наследственная предрасположенность к раку яичников / Смирнова Т. Ю., Карпухин А.В. // Медицинская генетика.- 2007.- Т.6.- № 5.-С.9-13.
- Smirnova T.Y. Different profiles of BRCA1 and BRCA2 SNPs association with breast/ovarian cancer risk among sporadic cases and BRCA1 mutation carriers / Smirnova T.Y., Pospekhova N.I., Loginova A.N., Lubchenko L.N., Garkavtseva R.F., Ginter E.K., Karpukhin A.V. // Eur.J.Hum.Gen. – 2007.- V.15.- Suppl.1.- P.166.
- Смирнова Т.Ю. Высокая частота мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 при раке яичников / Смирнова Т.Ю., Поспехова Н.И., Любченко Л.Н., Тюляндин С.А., Гарькавцева Р.Ф., Гинтер Е.К., Карпухин А.В.// Бюллетень экспериментальной биологии и медицины.-2007.- Т.144.- №7.- С.93-95.
- Smirnova T.Y. The association of BRCA1 and BRCA2 SNP with cancer localization/ Smirnova T.Y., Pospekhova N.I., Loginova A.N., Lubchenko L.N., Ginter E.K., Karpukhin A.V. // International Society for Applied Biological Sciences.- 2007.- P.173.
- Смирнова Т.Ю. Наследственные факторы в заболеваниях репродуктивной системы женщин: рак молочной железы и яичников / Смирнова Т.Ю., Любченко Л.Н., Поспехова Н.И., Гарькавцева Р.Ф., Карпухин А.В. //Опухоли женской репродуктивной системы: маммология, онкогинекология.- 2007.- №7.-С.90-96.
- Smirnova T.Y. Complex BRCA1 and BRCA2 combinations are associated with breast and ovarian cancer risk modification / Smirnova T.Y., Pospekhova N.I., Loginova A.N., Lubchenko L.N., Garkavtseva R.F., Ginter E.K., Karpukhin A.V.// Eur.J.Hum.Gen.- 2008.- V.16.- Suppl.2.- P.204.
СОКРАЩЕНИЯ
ГУ МГНЦ РАМН – Государственное Учреждение Медико-Генетический Научный Центр Российской Академии Медицинских Наук
ДИ – доверительный интервал
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота
МРМЖ – рак молочной железы с мутациями в гене BRCA1
МРЯ – рак яичников с мутациями в гене BRCA1
ОНП – однонуклеотидный полиморфизм
П. н. – пар нуклеотидов
ПЦР – полимеразная цепная реакция
РМЖ – рак молочной железы
РЯ – рак яичников
СРМЖ – спорадический рак молочной железы
СРЯ – спорадический рак яичников
