Характеристика молекулярной патологии в увеальных меланомах
На правах рукописи
МАНОХИНА Ирина Константиновна
ХАРАКТЕРИСТИКА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ПАТОЛОГИИ В УВЕАЛЬНЫХ МЕЛАНОМАХ
03.00.15 - генетика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Москва, 2009 год
Работа выполнена в лаборатории молекулярной генетики человека НИИ Молекулярной медицины Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова
Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор
Залетаев Дмитрий Владимирович
Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор
Шахтарин Владимир Васильевич
доктор медицинских наук, профессор
Журков Вячеслав Серафимович
Ведущая организация: НИИ канцерогенеза ГУ Российский онкологический
научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН
Защита состоится « » _________________ 2009 г. в ________ часов на заседании Диссертацитонного Совета Д.001.016.01 в ГУ МГНЦ РАМН по адресу: 115478, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГУ МГНЦ РАМН.
Автореферат разослан « »______________ 2009 г.
Ученый секретарь
Диссертационного Совета Д.001.016.01,
доктор медицинских наук, профессор Зинченко Р.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Увеальная меланома (УМ) является наиболее частой первичной злокачественной внутриглазной опухолью у взрослых, заболеваемость увеальной меланомой составляет 7-8 человек на 1 млн. населения в год в России, США и странах Западной Европы. УМ возникает в результате злокачественной трансформации меланоцитов сосудистой оболочки глазного яблока. Современные методы диагностики и лечения УМ направлены на повышение выживаемости пациентов и сохранение глаза как косметического и функционального органа.
Метастазы развиваются у значительной части пациентов с УМ. В частности, смертность в связи с увеальной меланомой достигает 53% в течение пятилетнего периода именно вследствие метастатической болезни. Несмотря на использование новейших достижений в области диагностики и лечения, этот показатель остается по-прежнему чрезвычайно высоким. Выявлены некоторые характерные клинические и гистологические факторы, совокупность которых позволяет условно разделить увеальные меланомы на более «спокойные», с невысоким риском метастазирования, и «агрессивные», для которых риск развития метастазов считается повышенным. Однако необходимость создания диагностической системы маркеров увеальной меланомы очевидна. Поиск и характеристика молекулярных маркеров диагностики и прогноза является, на сегодняшний день, одной из важнейших задач онкологии. Создание эффективных диагностических протоколов позволит в дальнейшем оценить прогноз заболевания и предпринять адекватные меры для выявления и лечения метастатической болезни у пациентов с увеальной меланомой. Необходимым этапом создания системы молекулярных маркеров УМ является анализ наиболее характерных и часто встречающихся молекулярно-генетических нарушений в первичных увеальных меланомах.
Настоящая работа посвящена изучению структурных и функциональных генетических нарушений в увеальных меланомах, а также оценке диагностической значимости этих изменений как потенциальных маркеров УМ.
Актуальность работы определяется следующими факторами:
1) Увеальная меланома является наиболее частой первичной злокачественной внутриглазной опухолью, составляющей 12% от меланом всех локализаций, однако молекулярные механизмы ее патогенеза к настоящему моменту изучены недостаточно.
2) Эффективное лечение увеальной меланомы связано не только со своевременной диагностикой и лечением первичной опухоли, но также ранним выявлением и лечением метастатической болезни. Есть предположения, что ряд характерных молекулярных нарушений в увеальных меланомах может быть ассоциирован с опухолевой прогрессией и развитием метастазов.
3) Молекулярные методы диагностики увеальной меланомы в настоящее время в отечественной лабораторной практике не используются, хотя успешно применяются в медицинских центрах за рубежом.
Целью настоящей работы является анализ молекулярно-генетических изменений, ассоциированных с развитием увеальной меланомы и изучение потенциала их использования в клинической практике для расширения возможностей диагностики, а также прогнозирования течения заболевания.
Задачи исследования:
- Исследовать аллельное состояние микросателлитных маркеров в локусах генов-супрессоров опухолевого роста и хромосомных районах, наиболее часто делетируемых в злокачественных опухолях.
- Определить статус метилирования промоторных районов ряда генов-супрессоров опухолевого роста.
- На образцах УМ провести анализ молекулярных нарушений в генах и хромосомных районах, наиболее часто повреждаемых при меланоме кожи.
- Определить ассоциации молекулярно-генетических нарушений с клинико-патологическими данными.
- Оценить возможность использования тонкоигольной аспирационной биопсии для скрининга молекулярных нарушений.
Научная новизна. Настоящая работа является первым широкомасштабным молекулярно-генетическим исследованием увеальных меланом на территории Российской Федерации и направлена на поиск молекулярных маркеров увеальных меланом с перспективой создания комплексной системы диагностических и прогностических маркеров, позволяющих врачу сделать правильный выбор в отношении тактики лечения и дальнейшего наблюдения пациентов.
Проведено комплексное молекулярно-генетическое исследование, включающее определение не только ранее описанных молекулярных нарушений, но и изучение состояния генов и сигнальных каскадов, связанных с регуляцией клеточного цикла, клеточной прогрессией и дифференцировкой.
Выявлено наличие характерных для увеальной меланомы генетических и эпигенетических нарушений (потеря одной копии хромосомы 3 (моносомия 3), делеции 1р, 8р, метилирование RASSF1A). В исследовании обнаружены ассоциации моносомии 3 с характеристиками агрессивного течения меланомы, такими как эпителиоидный клеточный тип, цилиарная локализация и пигментация опухоли. Аллельные делеции 1р не могут рассматриваться как патогномоничное нарушение в увеальных меланомах, однако определена их достоверная ассоциация с экстрасклеральной инвазией опухоли, снижающей выживаемость пациентов. Метилирование гена RASSF1A является неслучайным изменением, обнаруженным в увеальных меланомах: его отсутствие определено в условно-нормальной хориоидее тех же пациентов, а также определена ассоциация с отсутствием аллельных потерь по маркерам RASSF1A в хромосоме 3.
Установлено, что основной спектр молекулярных нарушений, характерный для меланомы кожи, не играет важной роли в запуске патологических процессов в увеальной меланоме.
Практическая значимость. Проведено комплексное молекулярно-генетическое исследование 107 пациентов с диагнозом первичная увеальная меланома. Обнаружение моносомии 3 способствует дифференциальной диагностике УМ, так как это нарушение является специфическим, не характерным для другой онкопатологии. Определена ассоциация структурных и количественных нарушений в хромосоме 3 и 1р36 с клинико-морфологическими характеристиками и факторами прогрессии опухоли, что позволит использовать анализ этих нарушений в качестве маркеров прогрессии на различных стадиях УМ. Подтверждено, что тонкоигольная аспирационная биопсия (ТИАБ) представляет собой эффективный способ получения материала для генетического анализа для пациентов с увеальной меланомой Результаты, полученные в представленной работе, легли в основу разработки системы молекулярных маркеров УМ в дополнение к применяемым диагностическим методам – гистологическому и биохимическому. Внедрение таких систем расширяет возможности диагностики и дифференциальной диагностики, позволяет определить риск метастазирования опухоли и выбрать тактику терапии.
Положения, выносимые на защиту
- Моносомия 3 является специфическим хромосомным нарушением, выявляемым не менее чем в 45% увеальных меланом и определяющим агрессивное течение заболевания. Для УМ также характерны аллельные делеции в локусах 1р36 и 8р22.
- Метилирование RASSF1A определяется преимущественно в меланомах, не имеющих моносомии 3 и не характерно для условно-нормальной хориоидеи.
- Молекулярный патогенез УМ и меланомы кожи различен. Для увеальной меланомы не характерны основные молекулярные нарушения, свойственные меланоме кожи, в том числе мутация Т1796А гена BRAF, аллельные делеции в локусе PTEN, а также потеря гетерозиготности и гиперметилирование промоторов генов пути регуляции CDKN2A RB1.
- Разработаны системы ДНК-маркеров для выявления молекулярных нарушений в образцах увеальной меланомы, полученных в результате резекции опухоли и тонкоигольной биопсии.
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Все исследования проведены лично автором. В ходе работы был проведен сбор материала для исследования, разработаны модификации методов выявления аллельных делеций, протоколов проведения анализа эпигенетических нарушений промоторных областей генов-супрессоров; проведен поиск мутаций, молекулярно-генетическое исследование потери гетерозиготности и статуса метилирования исследуемых генов в образцах опухолей и нормальных тканей.
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на ежегодных Европейских конференциях по генетике человека в 2007 г. (Ницца, Франция) и 2008 г. (Барселона, Испания), конгрессе Международного общества онкоофтальмологов в 2007 г. (Сиена, Италия), Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в дифференциальной диагностике и лечении внутриглазных опухолей» в 2007 г. (Москва), конференции молодых ученых «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» в 2008 году (Москва).
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 11 печатных работах соискателя, в том числе 3 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК МОН РФ соискателям ученой степени кандидата медицинских наук.
Внедрение результатов работы в клиническую практику. На основании результатов проведенной работы разработаны новые медицинские ДНК-технологии «Молекулярно-генетическая методика выявления специфических молекулярных маркеров увеальной меланомы» и «Молекулярно-генетическая методика оценки прогрессии первичной опухоли при увеальной меланоме» (Поданы заявки на регистрацию новых медицинских технологий). Методические подходы, разработанные в диссертационной работе, используются в МНИИ глазных болезней им. Гельмгольца.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 104 страницах машинописного текста, состоит из оглавления, списка сокращений, введения, обзора литературы, подробного изложения использованных материалов и методов, описания собственных результатов и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка цитируемой литературы, включающего 153 ссылки. Диссертация иллюстрирована 11 таблицами и 19 рисунками.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Работа была проведена на образцах крови и операционном материале (парные образцы) 107 пациентов с диагнозом перичная увеальная меланома, предоставленных МНИИ глазных болезней им. Гельмгольца. Для всех пациентов фиксировались следующие клинико-патологические параметры: возраст и пол пациента, вовлеченность отделов увеального тракта, диаметр основания опухоли, ее толщина, клеточный тип, склеральная инвазия, степень пигментации. Также были получены 17 образцов биопсии (6 опухолей) с соответствующими образцами периферической крови.
При хирургическом удалении поврежденного опухолью глаза (операция энуклеации) биопсийный материал опухоли и относительно неповрежденной хориоидеи, а также образцы периферической крови (консервант: 0.5М раствор ЭДТА) сохраняли при –20оС. Для исследования образцов ТИАБ материал собирали с цитологических препаратов.
Геномную ДНК из образцов опухолей, условно нормальной хориоидеи и периферической крови выделяли с помощью протеиназы К с последующей фенол-хлороформной экстракцией. При выделении ДНК из цитологических препаратов собранный со стекла материал обрабатывали лизирующим буфером, содержащим протеиназу К и полученный лизат использовали в качестве матрицы для постановки ПЦР.
Потерю гетерозиготности (ПГ) в хромосомных районах 1p36, 1р31.3, 3p25.3, 3p21.3, 3p14.2, 3q12, 3q26.3, 3q28, 8p22, 9p21.2-p21.3, 10q23.2-q23.3, 13q14 идентифицировали с использованием высокополиморфных маркеров D1S243, D1S2145, D1S1635, D1S407, D1S3669, D1S438, D3S1038, D3S1317, D3S1568, D3S966, D3S1300, D3S1234, D3S2459, 16xTG_3q26.31, D3S3520, D3S2398, D8S1731, D9S942, D9S2136, D9S169, D10S1765, RB2int, RB20int. Контролем служила ДНК лейкоцитов периферической крови.
Для выявления стандартной мутации Т1796А (V600E) гена BRAF использован метод специфической амплификации мутантного аллеля ARMS (Amplification Refractory Mutation System) и выбрана схема полугнездной ПЦР, в которой два праймера (BRAF15F и BRAF15R) отжигаются на интронных последовательностях, фланкирующих 15 экзон BRAF, а третий (внутренний, BRAF15m) соответствует мутантному варианту T1796A.
Для определения метилирования СpG-островков промоторных областей генов применяли метод метил-чувствительной полимеразной цепной реакции. В качестве матрицы для ПЦР использовали ДНК из клеток УМ, предварительно гидролизованную рестриктазами HpaII (для генов CDKN2A, RASSF1A, RB1, MLH1) или HhaI (для генов FHIT и VHL).
Программное обеспечение: выявление микросателлитных районов, подбор маркеров, определение генов, расположенных в делетированных регионах проводили с использованием баз данных UCSC Genome Browser (http://genome.ucsc.edu), Ensembl Genome Databases (http://www.ensembl.org), BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi), NCBI UniSTS (http://ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=unists); конструирование олигонуклеотид-ных праймеров и подбор условий для ПЦР проводили с использованием программы Primer3 Input 0.4.0 (http://frodo.wi.mit.edu).
Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы SPSS 16.0 (SPSS Inc., Chicago, IL). Пациентов делили на группы по клиническим критериям и сравнивали в этих группах частоты аллельных потерь по каждому локусу с помощью точного критерия Фишера и критерия - квадрат. Сравнение средних величин внутри каждой из групп, разделенных по наличию определенных хромосомных аберраций, проводили при помощи критерия Манна-Уитни. Двусторонний p<0.05 рассматривали как статистически достоверный.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В представленную работу вошли результаты молекулярно-генетического обследования пациентов с первичной увеальной меланомой. Во всех случаях заболевание носило спорадический характер. Диагноз увеальная меланома был подтвержден гистологически в отделении патологической анатомии и гистологии глаза НИИ глазных болезней имени Гельмгольца. Работу выполняли на образцах периферической крови и операционном материале (УМ + условно-нормальная хориоидея) 107 пациентов и на образцах периферической крови и биопсийных образцах (цитологические препараты) шести пациентов.
Анализ потери гетерозиготности в УМ
Хромосома 3. Расположение микросателлитных маркеров вдоль хромосомы 3 представлено на рисунке 1. Системы из двух полиморфных микросателлитных маркеров показали высокую информативность. Если гетерозиготность отдельных маркеров составляла 39-82%, то система из двух маркеров имела информативность 80-94%.
Рисунок 1. Расположение микросателлитных маркеров вдоль хромосомы 3. Линиями обозначены наименьшие области перекрывания делеций (SRO) по результатам исследований различных авторов. (Tschentscher et al., 2001, Parella et al., 2003, Cross et al., 2006).
Потеря гетерозиготности по маркерам хромосомы 3 определена в 51 (47,6%) из 107 исследованных меланом, из них 48 (45%) имели ПГ по всем информативным локусам хромосомы 3, что, в свете информации о характерных молекулярных нарушениях УМ, рассматривалось как «функциональная моносомия 3» (потеря одной из копий хромосомы 3 или изодисомия).
Свидетельство наличия структурных нарушений в хромосоме 3, определявшихся как потеря гетерозиготности по одному или нескольким маркерам при сохранении гетерозиготности по остальным, было выявлено только в трех опухолях. В одном случае потеря гетерозиготности определялась по всем микросателлитным маркерам, расположенным в 3р, а в двух других случаях потеря гетерозиготности имела место только для маркеров, расположенных в локусе FHIT (D3S1234 и D3S1300). Оба маркера, использованных в нашей работе, локализовались внутригенно по отношению к FHIT, супрессорная активность которого была подтверждена в исследованиях in vivo и in vitro (Pekarsky et al., 2002).
Выявленный участок потери гетерозиготности локализуется в области перекрывания делеций 3р13-3р14.2, описанной в одной из работ (Tschentscher et al., 2001). В этом локусе расположены также несколько транскрипционных факторов, включая MITF, который принимает участие в дифференцировке меланоцитов нервного гребня и клеток пигментного эпителия сетчатки и может, наряду с FHIT, рассматриваться как ген-кандидат в патогенезе УМ.
Короткое плечо хромосомы 1. Расположение микросателлитных маркеров вдоль 1р представлено на рисунке 2. Информативность маркеров составила соответственно D1S438 - 57%, D1S3669 – 73,1%, D1S407 – 76,9%, D1S1635 – 60%, D1S2145 – 77,8%, D1S243 – 81,7%. Потеря гетерозиготности по маркерам, локализованным на коротком плече хромосомы 1, определена в 32 (29,9%) образцах.
В 25 (23,4%) образцах ПГ была определена для всех информативных маркеров 1р36. Для этих образцов маркер D1S438 также выявил ПГ в 11/25 случаев (в 1/25 случаев маркер был гетерозиготен и в 13/25 был не информативен), то есть, скорее всего, большинство выявленных нарушений представляют собой крупные хромосомные потери, захватывающие бльшую часть 1р.
Рисунок 2. Расположение микросателлитных маркеров короткого плеча хромосомы 1. Линиями обозначены SRO по результатам исследований различных авторов. (Hausler et al., 2005, Kilic et al., 2005).
Наибольшие частоты аллельных потерь определены для маркеров, расположенных в наиболее дистальных из изучаемых локусов (D1S2145 (1р36.31) и D1S243 (1р36.33)). В области 1(p36.22-p36.31) локализуются некоторые гены-супрессоры опухолевого роста, например TNFR2 (tumor necrosis factor receptor 2) и APITD1 (apoptosis-inducing, TAF9-like domain 1), а в локусах 1(p36.31-pter) –CDC2L1 (cell division cycle 2-like 1) и TP73 (tumor protein p73). К настоящему моменту нет достоверных данных, которые подтверждали или опровергали бы возможность участия большинства из этих генов в патогенезе увеальных меланом.
В двух образцах меланом ПГ определена только по маркеру D1S438, расположенному в локусе 1p31.3, наиболее центромерно по отношению к другим маркерам.
Рисунок 3. Пример микросателлитного анализа для образцов увеальной меланомы с использованием нескольких микросателлитных маркеров.
ПГ – потеря гетерозиготности по указанному маркеру, гет. – маркер гетерозиготен (потери гетерозиготности нет), гом. – маркер гомозиготен (не информативен).
8p22. Частота аллельных делеций в локусе 8р22 составила 35,9%. Использованный в нашей работе микросателлитный маркер D8S1731 локализуется на 160 т.п.н. дистальнее гена-супрессора TUSC3 (N33). Гетерозиготность маркера составила 0,673. Hughes et al. (2005) заявляли о наличии делеций в локусе 8р23.3-р11.23 в меланомах с моносомией 3. Onken et al. (2008) указывают на минимальный делетируемый участок 8p12-р22, и ген-супрессор LZTS1 (8p21), делеции которого ассоциируются с повышенными инвазивными свойствами и миграцией клеток увеальной меланомы.
Сигнальный каскад CDKN2A RB1. В нашей работе аллельных потерь в локусе 13q14 (RB1) не обнаружено. Микросателлитные маркеры, использованные в работе (RBint2, RBint20), локализовались внутри гена RB1, информативность системы маркеров RBint2, RBint20 составила 100%.
Микросателлитные маркеры 9p21 (D9S2136, D9S942) располагались во фланкирующих участках гена CDKN2A, а также в одном из соседних с CDKN2A локусов (D9S169). Информативность системы маркеров D9S2136, D9S942 составила 95,3%, маркер D9S169 был информативен в 77,5% случаев. ПГ по всем маркерам 9р21.2-р21.3 была выявлена в двух образцах. В одном образце ПГ была выявлена только по маркеру D9S942 (D9S2136 гомозиготен, D9S169 гетерозиготен). ПГ в локусе 9p21.2, при сохранении гетерозиготности маркеров D9S942 и D9S2136, фланкирующих ген CDKN2A была выявлена в двух образцах. На основании полученных результатов мы можем предположить, что аллельные делеции в генах пути регуляции CDKN2A RB1 не являются основным механизмом в патогенезе увеальной меланомы.
PTEN является геном-супрессором канцерогенеза с широким спектром регуляторной активности. Район 10q23 является вторым по частоте локусом, подверженным перестройкам в меланомах кожи, а также часто повреждается в ряде других злокачественных опухолей. Информативность маркера D10S1765 составила 63,5%, аллельных потерь в локусе PTEN выявлено не было (0/68).
Анализ метилирования в УМ
Хромосома 3. Метилирование промоторной области RASSF1A было определено в 26 (24,3%) образцов (рис. 4). Метилирование RASSF1A не обнаружено в ткани условно нормальной хориоидеи. RASSF1A располагается в локусе p21.3 хромосомы 3, наиболее часто повреждаемой в клетках увеальной меланомы, спектр его супрессорного действия чрезвычайно широк и включает регуляцию клеточного цикла в фазе G1/S (Song et al., 2004).
Рисунок 4. Анализ метилирования методом метил-чувствительной полимеразной цепной реакции. (a) Наличие ПЦР-продукта с длиной 347 п.н. свидетельствует о метилировании промоторной области гена RASSF1A в образце, (б) внутренний контроль ПЦР, «+», положительный контроль – продукт ПЦР с негидролизованной ДНК, «–», отрицательный контроль – отсутствие ДНК, pUC/MspI-маркер молекулярной массы.
(a)
(б)
Анализ метилирования не выявил изменений для генов FHIT, VHL и MLH1, также локализованных в хромосоме 3.
Сигнальный каскад CDKN2ARB1. В качестве причины инактивации CDKN2A кроме ПГ рассматривалась возможность гиперметилирования его промоторной области. В нашем исследовании метилирование CDKN2A выявлено только в 5 образцах (4,7%) и не было обнаружено ни одного случая гиперметилирования промоторной области RB1.
Поиск мутаций
Поиск активирующей мутации гена BRAF проводился с помощью аллель-специфичной ПЦР и не выявил искомую мутацию ни в одном случае (0/60). В одной из работ отмечалось, что мутация может присутствовать в отдельных клетках УМ наряду с неповрежденным геном в 20-40% опухолей (Janssen et al., 2008). Вследствие этого можно предположить, что мутация BRAF все же не является важным элементом патогенеза УМ, а возникает на поздних этапах канцерогенеза в отдельных клонах опухолевых клеток.
Профиль молекулярной патологии в исследованных образцах УМ
Молекулярные нарушения, выявленные в выборке из 107 увеальных меланом, представлены в таблице 1.
Таблица 1.
| Хро-мо-сома | Локус | Микроса- теллитные маркеры | Аллельные потери | Ген-кандидат | Метилиро- вание про-моторной обл. гена | ||
| ПГ по всем инф. маркерам | ПГ в отдельных локусах | ||||||
| 1 | 1p36.33 1p36.31 1p36.22 1p36.21 1p36.12 | D3S243, D1S2145 D1S1635, D1S407, D1S3669 | 25/107 (23,4%) | 5/102* | - | ||
| 1p31.3 | D1S438 | 2/61* | |||||
| 3 | 3p25.3 | D3S1038, D3S1317 | 48/107 (45%) | 1/107 | VHL | 0/107 | |
| 3p21.3 | D3S1568, D3S966 | RASSF1A | 26/107 (24,3%) | ||||
| 3p14.2 | D3S1300, D3S1234 | 2/100* | FHIT | 0/107 | |||
| 3q12 | D3S2459 | - | |||||
| 3q26.3 | D3S3520 3q26_16хTG | TNFSF10 | |||||
| 3q28 | D3S2398 | ||||||
| 8 | 8р22 | D8S1731 | 23/64* (35,9%) | - | |||
| 9 | 9p21.3 9p21.2 | D9S942, D9S2136, D9S169 | 2/107 | 1/102* | CDKN2A | 5/106 (4,7%) | |
| 2/83* | |||||||
| 10 | 10q23.2-q23.3 | D10S1765 | 0/68* | PTEN | - | ||
| 13 | 13q14 | RB1int20, RB1int2 | 0/107 | RB1 | 0/107 | ||
* Только информативные маркеры или системы из двух маркеров в указанном локусе
Для изучения ассоциации между различными молекулярными нарушениями в увеальной меланоме был использован точный критерий Фишера.
Было определено, что опухоли с ПГ по всем информативным локусам (в т.ч. 3р21.3) хромосомы 3 редко демонстрируют метилирование промоторной области гена RASSF1A (ОР = 0.16 (0.05-0.44 для 95% доверительного интервала). Из 107 изучаемых опухолей 46 имели только моносомию 3 (или делецию 3р), 23 – только метилирование RASSF1A и только 3 опухоли характеризовались наличием обоих нарушений. То есть можно предположить, что гиперметилирование промоторной области RASSF1A не является вторым «ударом» в классической «двухударной теории канцерогенеза», предложенной Кнадсеном, а представляет собой скорее альтернативный механизм инактивации гена в увеальных меланомах. В целом, инактивация RASSF1A путем ПГ или метилирования промоторной области гена было выявлено в 67,3% (72/107 опухолей). Высокая частота инактивации RASSF1A позволяет рассматривать её как одно из важных нарушений в патогенезе УМ.
Мы не выявили ассоциаций между моносомией 3 и перестройками в коротком плече хромосомы 1 и 8. Подобные ассоциации были обнаружены Hglund et al. (2004) и представлены как часть теории «эволюции кариотипов меланом», согласно которой меланома кожи и увеальная меланома имеют сходную последовательность хромосомных нарушений, представляющую собой два пути, один их которых характеризуется потерей хромосомы 3, за которой следует делеция 1р, а другой связан с появлением избыточного хромосомного материала 6р.
Анализ ассоциаций молекулярно-генетических нарушений в увеальных меланомах с клинико-патологическими факторами и факторами прогноза.
Ассоциации между клинико-патологическими характеристиками и молекулярными нарушениями представлены в таблице 2.
Хромосома 3. Моносомия хромосомы 3 выявила ассоциацию с наличием в опухоли эпителиоидных клеток (смешанноклеточные и эпителиоидноклеточные увеальные меланомы) (р<0,0001), а также локализацией меланомы в цилиарном теле (р=0,001). Также была выявлена ассоциация моносомии 3 с пигментацией опухоли (р=0,018). Ассоциаций с другими клиническими факторами (возраст и пол пациентов, наличие обширного отслоения сетчатки и геморрагий на поверхности опухоли) не обнаружено.
Таблица 2.
| Клинико-патологические факторы | ПГ по всем маркерам 1p | Моносомия 3 | RASSF1A метилирование | ПГ в 8р22 | |||||||||
| + | - | р | + | - | р | + | - | P | + | - | р | ||
| Клеточный состав (нал. эпителиоидных клеток) | Да Нет | 16 9 | 41 33 | 0,492 | 38 10 | 22 34 | 0,000 | 12 14 | 50 31 | 0,33 | 14 9 | 21 20 | 0,693 |
| Средняя толщина † | (мм) | 9,31 | 9,62 | 0,931 | 9,77 | 9,40 | 0,432 | 9,60 | 9,35 | 0,866 | 9,29 | 9,42 | 0,712 |
| Средний диаметр основания † | (мм) | 16,6 | 15,6 | 0,123 0,012* | 16,5 | 15,4 | 0,152 | 16,5 | 15,7 | 0,247 | 15,3 | 15,8 | 0,575 |
| Вовлечение цилиарного тела | Да Нет | 10 15 | 26 48 | 0,81 | 27 21 | 13 43 | 0,001 | 7 19 | 33 48 | 0,249 | 8 15 | 13 28 | 1,0 |
| Пигментация ‡ | Густ Слаб | 16 9 | 33 41 | 0,11 | 28 20 | 19 37 | 0,018 | 12 14 | 37 44 | 1,0 | 12 11 | 13 28 | 0,120 |
| Экстрасклеральная инвазия | Да Нет | 10 15 | 11 63 | 0,012 | 10 38 | 10 46 | 0,80 | 5 21 | 16 65 | 1,0 | 2 21 | 7 34 | 0,470 |
| Геморрагии | Да Нет | 7 17 | 19 53 | 0,795 | 10 37 | 19 35 | 0,185 | 9 15 | 21 59 | 0,311 | 7 15 | 12 28 | 1,0 |
| Отслойка сетчатки | Да Нет | 19 5 | 54 19 | 0,787 | 33 14 | 46 9 | 0,80 | 21 4 | 59 21 | 0,421 | 17 6 | 30 10 | 1,0 |
| Возраст † | (лет) | 49,3 | 50,2 | 0,894 | 54,7 | 51,2 | 0,093 | 53,8 | 52,3 | 0,78 | 53,6 | 51,0 | 0,324 |
| Пол | М Ж | 9 16 | 30 44 | 0,814 | 18 30 | 22 34 | 1,0 | 13 13 | 29 52 | 0,25 | 10 13 | 21 20 | 0,780 |
Представлено отсутствие (-) или наличие (+) хромосомного нарушения в клинических группах. Статистически значимые ассоциации (р<0.05) выделены жирным шрифтом.
† Расчет р проводился с использованием критерия Манна - Уитни.
‡ Группа слабо пигментированные включала в себя опухоли, определенные как “беспигментные” и “слабо пигментированные”; группа густо пигментированные включала меланомы, определенные как “пигментированные”, “густо пигментированные” и “неравномерно пигментированные”.
* значение р, рассчитанное для любых ПГ в 1р36
Остается открытым вопрос о том, насколько ранним событием является потеря копии хромосомы 3 в ряду последовательных генетических нарушений при опухолевой трансформации меланоцита. В связи с тем, что в нашей выборке в большей степени были представлены опухоли стадии Т3-Т4, мы не смогли представить репрезентативную выборку для каждой из групп по общепринятой классификации в зависимости от диаметра основания опухоли (Albert et al., 2003). В имеющейся выборке моносомия 3 выявлялась в опухолях из разных групп с одинаковой частотой (табл. 3, p=0,956).
Таблица 3.
| Диаметр основания опухоли | Нет ПГ по маркерам хр.3 | ПГ по маркерам хр. 3 (моносомия 3) |
| d <10mm | 3/5 (60,0 %) | 2/5 (40,0 %) |
| 10 d < 15mm | 19/33 (57,6 %) | 14/33 (42,4 %) |
| d 15mm | 33/60 (55,0 %) | 27/60 (45,0 %) |
При использовании критерия Манна-Уитни зависимости между наличием моносомии 3 и размером опухоли также выявлено не было (р=0,152).
Хромосома 1. С помощью критерия Манна-Уитни была выявлена ассоциация аллельных потерь в 1р36 с размером опухоли. (p=0,024).
Статистически значимая ассоциация была обнаружена между экстрасклеральной инвазией меланомы и ПГ по всем информативным маркерам 1p36 (p=0,012). Экстрасклеральная инвазия считается характерным признаком агрессивности увеальной меланомы, и ассоциация ее с нарушениями в хромосоме 1 подтверждает ранее выдвинутую гипотезу о связи нарушений в 1р с опухолевой прогрессией (Albert et al., 2003).
Спектр молекулярной патологии в УМ и меланоме кожи
Несмотря на многочисленные доводы «за» общий патогенез увеальной меланомы и меланомы кожи (Hglund et al., 2001, Landreville et al., 2008), анализ молекулярной патологии в УМ не выявляет тех же генетических и эпигенетических нарушений, которые характерны, в основном, для меланомы кожи.
В таблице 4 представлены ключевые каскады регуляции, повреждаемые в меланомах кожи, и сопоставлены частоты искомых молекулярных повреждений при обоих патологических состояниях.
Таблица 4.
| Сигнальный каскад | Ген | Повреждение | Меланома кожи | Увеальная меланома | |
| Данные других авторов | Результаты нашей работы | ||||
| Ras-Raf-MEK-ERK | BRAF NRAS | Мутация V600E Мутация G13R | до 70% 20% | 0, 20% 0 | 0 - |
| PI3K-AKT | PTEN | Делеции 10q23 | 20-40% | 0-10%, 75% | 0 |
| CDKN2A-CDK4-RB | CDKN2A RB1 | Делеции Метилирование Делеции Метилирование | до 60% до10% 50-75% 40% | 0-32% 0-7,5%, 34% до 21% - | 2,8% 4,7% 0 0 |
| p53-ARF | ARF | Мутации | Более 40% | 0 | - |
Таким образом, основной спектр молекулярных нарушений, характерный для меланомы кожи, не играет важной роли в запуске патологических процессов в увеальной меланоме. Естественно, что в процессе канцерогенеза различных опухолей происходит повреждение одних и тех же сигнальных каскадов, однако к настоящему моменту можно предполагать, что ключевые моменты патогенеза для этих опухолей не идентичны. Предполагается, что различия в популяциях меланоцитов кожи и увеального тракта появляются еще в процессе эмбрионального развития в процессе миграции предшественников меланоцитов кожи в эпителий, а меланоцитов увеального тракта - глубоко в мезодермальные ткани (Belmar-Lopez et al., 2008). Возможно, изучение путей дифференцировки этих двух клеточных популяций поможет понять причины различий в патогенезе двух опухолей.
Разработка системы ДНК-маркеров для диагностики увеальной меланомы
Проблемы дифференциальной диагностики увеальной меланомы связаны с многообразием ее проявлений. С учетом полиморфности симптомов меланому приходится дифференцировать от большого количества заболеваний как опухолевой, так и неопухолевой природы. Однако полиморфизм клеток и их атипия усложняют морфологическую диагностику УМ. В этих случаях генетическое исследование может быть важным дополнением к используемым в настоящее время методам.
Для оценки состояния хромосомы 3 мы предлагаем использовать панель из десяти микросателлитных маркеров, локализованных на обоих плечах хромосомы 3, позволяющую выявить моносомию 3. При использовании метода для верификации диагноза УМ при выявлении потери гетерозиготности по всем информативным маркерам хромосомы 3 (моносомия 3) делают заключение о наличии специфического молекулярного нарушения, характерного для увеальной меланомы. Однако, при получении любых других результатов, диагноз УМ не может быть отвергнут.
Клиническая чувствительность метода составляет 45-55%, так как моносомия 3 присутствует, согласно данным нашего исследования, а также данным литературы при применении различных методов (микросателлитный анализ, анализ SNP, FISH, CGH, CISH, SKY) в 45-55% увеальных меланом. Клиническая специфичность метода чрезвычайно высока в связи с тем, что, в отличие от множества других опухолей, для которых характерна потеря только короткого плеча хромосомы 3 или структурные нарушения 3р, наиболее распространенным нарушением в увеальных меланомах считается потеря одной копии хромосомы 3 (моносомия 3). В связи с этим получение ложноположительных результатов маловероятно. В 10 исследованных образцах, где диагноз УМ был отвергнут при гистологическом анализе, моносомия 3 выявлена не была.
Аналитическая чувствительность системы (наличие как минимум одного информативного маркера на каждом плече хромосомы 3) составляет 99,5%. Аналитическая специфичность оценивалась при использовании образцов условно-нормальной хориоидеи, где ПГ выявлена не была.
Количественные и структурные нарушения хромосом 3 и 1р имеют статистически достоверную ассоциацию с неблагоприятными факторами прогноза; мы рекомендуем проведение молекулярно-генетического анализа для оценки агрессивности течения УМ в дополнение к проводимым в настоящее время морфологическим и иммуногистохимическим. Анализ аллельных делеций хромосом 3 и 1 позволит сориентировать врача в дифференциальном диагнозе и прогнозе заболевания и оценить риск возникновения осложнений и метастазирования увеальной меланомы.
В случае выявления моносомии 3 (определяется в 45-55% УМ) или делеций 1р делают вывод о высоком риске метастазирования первичной опухоли, что должно быть учтено при проведении скрининговых исследований. По данным литературы, ассоциация моносомии 3 с развитием метастазов УМ превышает таковую для любых других клинических или гистологических факторов (Tsai T and o’Brien M, 2008; Shields CL, 2008). При выявлении характерных структурных нарушений в хромосоме 3 (делеции в локусах 3р25, 3(p14.2-p13) и 3(q24-q26), 3-5% УМ) рекомендуется также предполагать агрессивный характер течения меланомы.
Для оценки состояния локусов 1р36 также рекомендована система маркеров, использованная в работе (D1S243, D1S2145, D1S1635, D1S407, D1S3669).
Аналитическая чувствительность системы маркеров 1р36 составляет 99,9%. Аналитическая специфичность также оценивалась при использовании образцов условно-нормальной хориоидеи, где ПГ выявлена не была. Высокая клиническая чувствительность и специфичность определяется наличием статистически достоверных ассоциаций с агрессивными характеристиками опухоли (напр. склеральная инвазия).
Диагностика молекулярных маркеров УМ в биоптатах
Из шести УМ методом тонкоигольгой биопсии было получено 17 препаратов, в которых с помощью цитологического анализа были выявлены атипичные клетки. Этот материал был затем собран со стекол и использован для получения ДНК. Из 17 образцов биопсии, количество материала оказалось достаточным для анализа не менее чем 15 микросателлитных маркеров в 14 случаях (78,5%).
Благодаря высокой чувствительности и надежности описанных методов возможно проведение молекулярных исследований образцов опухоли и ТИАБ, что может быть особенно важным в случаях неоднозначных результатов цитологического и биохимического исследования. В одном из образцов опухоли с дифференциальным диагнозом метастаз (локализация первичной опухоли неизвестна) / первичная УМ (эпителиоидноклеточный тип) была выявлена ПГ по всем информативным маркерам хромосомы 3, 1р36 и 8р22, что дало больше оснований для диагноза УМ.
В одной из опухолей была выявлена гетерогенность по состоянию микросателлитных маркеров хромосомы 3. В 4 из 6 биопсийных образцов эпителиоидноклеточной УМ наблюдалась потеря гетерозиготности по маркерам D1S1038, 3q23.1_16xTG и D3S2398 при сохранении гетерозиготности по остальными информативным маркерам, а в двух образцах аллельных потерь выявлено не было. Этот факт свидетельствует о том, что отсутствие структурных нарушений в материале из биопсийного образца не всегда можно рассматривать как признак отсутствия структурных изменений во всей опухоли, однако большее количество материала может дать более ясную картину.
Так как метод радиотерапии применяется в настоящее время чаще, чем энуклеация, ТИАБ представляет собой эффективный способ проведения генетического анализа для всех пациентов с увеальной меланомой. Для пациентов, которым была впоследствии проведена энуклеация, возможно проведение повторного генетического анализа, для сбора дальнейшей информации о гетерогенности опухоли и чувствительности теста. В целом, результаты работы свидетельствуют об адекватности и оправданности применения ТИАБ для генетического анализа.
ВЫВОДЫ
1. Проведен анализ потери гетерозиготности хромосомных районов 1p36, 1р31.3, 3p25.3, 3p21.3, 3p14.2, 3q12, 3q26.3, 3q28, 8p22, 9p21.2-p21.3, 10q23.2-q23.3, 13q14. Наиболее частым специфическим изменением, выявленным в клетках увеальной меланомы, является ПГ по всем информативным маркерам хромосомы 3, определенная как моносомия 3 (45%). Выявлено наличие аллельных потерь в хромосомных локусах 1р36 (29,9%) и 8р22 (35,9%).
2. Проведен анализ метилирования генов CDKN2A, RB1, RASSF1A, MLH1, FHIT и VHL. Показано, что метилирование промоторной области RASSF1A определяется в 24,3% образцов УМ, а в условно нормальной хориоидее тех же пациентов метилирование отсутствует.
3. Показано, что для увеальной меланомы не характерны основные молекулярные нарушения, свойственные меланоме кожи, в том числе мутация T1796A гена BRAF, аллельные делеции в локусе PTEN, а также ПГ и гиперметилирование промоторных районов генов пути регуляции CDKN2A RB1.
4. Обнаружены статистически достоверные ассоциации моносомии 3 с агрессивными характеристиками опухоли, такими как эпителиоидный клеточный тип (р<0,0001), цилиарная локализация (р=0,001) и пигментация (р=0,018). Определена достоверная ассоциация аллельных делеций 1р36 с экстрасклеральной инвазией опухоли (р=0,012), снижающей выживаемость пациентов, а также с увеличенным размером опухоли (р=0,024). Также определена ассоциация метилирования гена RASSF1A с отсутствием аллельных потерь по маркерам RASSF1A в хромосоме 3.
5. Разработана система диагностических маркеров увеальной меланомы, основанная на анализе молекулярно-генетических нарушений в образцах опухоли. Подтверждено, что ТИАБ представляет собой эффективный способ получения материала для генетического анализа пациентов с увеальной меланомой, позволяющий провести микросателлитный анализ не менее чем по 15 маркерам.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
В настоящей работе получены данные о характерных генетических и эпигенетических нарушениях при УМ, выявлены ассоциации структурных и численных хромосомных нарушений с прогрессией первичной опухоли. Комплексный анализ полученных данных и сопоставление их с данными литературы позволили предложить практические рекомендации по использованию результатов настоящей диссертационной работы в клинической практике.
- Определение потери гетерозиготности по маркерам хромосомы 3 и 1р36 в материале первичной опухоли целесообразно проводить наряду с патоморфологическим исследованием для дифференциальной диагностики и оценки прогноза УМ.
- Материал, полученный с помощью ТИАБ, может быть использован для комплексного исследования, включающего не только морфологический, но и молекулярно-генетический анализ.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Манохина, И.К. Статус метилирования промоторных областей некоторых генов-супрессоров онкогенеза в увеальных меланомах / И.К. Манохина, Н.В. Склярова, С.В. Саакян, Д.В. Залетаев // Молекулярная медицина. – 2009. - №2, - С. 27-31
- Манохина, И.К. Aнализ аллельных потерь в увеальных меланомах / И.К. Манохина, Н.В. Склярова, С.В. Саакян, Д.В. Залетаев // Медицинская генетика. – 2008. –Том 7, №6 (72). - С.19-23
- Залетаев, Д.В. Эпигенетические маркеры в диагностике онкозаболеваний / Д.В. Залетаев, М.В. Немцова, В.В. Стрельников, О.В. Бабенко, Е.М. Пальцева, В.В. Землякова, Е.Б. Кузнецова, Т.В. Кекеева, Д.С. Михайленко, И.К. Манохина // Молекулярная медицина. – 2008. - №4. – С.46-51
- Системы ДНК-маркеров в диагностике онкозаболеваний / под. ред. М.А. Пальцева. М.: МЕДИЦИНА, 2009. - в печати
- Manokhina, I.K. Status of some tumor-suppressor loci in uveal melanoma / I.K. Manokhina, N.V. Sklyarova, S.V. Saakyan, D.V. Zaletaev // European Journal of Human Genetics. – 2009. - Vol. 17. – Suppl. 2. - в печати
- Manokhina, I.K. Analysis of the molecular genetic changes in uveal melanoma / I.K. Manokhina, N.V. Sklyarova, S.V. Saakyan, D.V. Zaletaev // European Journal of Human Genetics. – 2008. - Vol. 16. – Suppl. 2. - p.237
- Манохина, И.К. Aнализ молекулярно-генетических нарушений в увеальных меланомах / И.К. Манохина, Н.В. Склярова, С.В. Саакян, Д.В. Залетаев // Сбрник тезисов к V Конференции молодых ученых России "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины." – 2008. – С. 266
- Манохина, И.К. Генетические аспекты увеальной меланомы: хромосомные нарушения и идентификация генов, вовлеченных в канцерогенез / И.К. Манохина, Н.В. Склярова, С.В. Саакян, Д.В. Залетаев // Современные технологии в дифференциальной диагностике и лечении внутриглазных новообразований: сб. науч. тр. – Москва, 2007. - С. 93-97
- Manokhina, I.K. Identification of tumor-suppressor loci that may contribute to the pathogenesis of uveal melanoma / I.K. Manokhina, N.V. Sklyarova, S.V. Saakyan, D.V. Zaletaev // European Journal of Human Genetics.- 2007. - Vol. 15. - Suppl. 1, p.173
- Manokhina, I.K. Status Of Some Tumor-Suppressor Genes In Uveal Melanoma / I.K. Manokhina, N.V. Sklyarova, S.V. Saakyan, D.V. Zaletaev // Abstracts for International Society of Ocular Oncology Meeting. - 2007, - р.314
- Saakyan, S.V. Correlation Between Clinical-Morphological And Genetic Parameters In Uveal Melanoma / S.V. Saakyan, N.V. Skliarova, G.V. Zaharova, I.K. Manokhina, D.V. Zaletayev // Abstracts for International Society of Ocular Oncology Meeting. - 2007, - р. 210.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И АББРЕВИАТУРЫ ГЕНОВ
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота
п.н. – пар нуклеотидов
ПГ – потеря гетерозиготности
ПЦР – полимеразная цепная реакция
ТИАБ – тонкоигольная аспирационная биопсия
УМ – увеальная меланома
SRO – наименьшие области перекрывания делеций
RASSF1A - Ras association (RalGDS/AF-6) domain family member 1
VHL - von Hippel-Lindau tumor suppressor
FHIT - fragile histidine triad gene
MLH1 - mutL homolog 1, colon cancer, nonpolyposis type 2
CDKN2A - cyclin-dependent kinase inhibitor 2A (melanoma, p16, inhibits CDK4)
RB1 - retinoblastoma 1
BRAF - v-raf murine sarcoma viral oncogene homolog B1
