Это животрепещущий вопрос в исследованиях меланомы: опухолевые клетки полны вызванных ультрафиолетом (УФ) генетических повреждений, вызванных воздействием солнечного света, но какие мутации вызывают этот рак??
Ни один из них не был окончательно связан с меланомой. Обилие этих мутаций-пассажиров затрудняет поиск мутаций генетических драйверов, которые действительно имеют значение для развития и прогрессирования меланомы.
Создав метод обнаружения водителей в море пассажиров, ученые из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, Института рака Дана-Фарбер и Онкологического центра доктора медицины Андерсона Техасского университета определили шесть генов с ведущими мутациями в меланоме, три из которых имеют повторяющиеся “горячие точки” мутации в результате повреждения, нанесенного ультрафиолетовым светом. Их выводы опубликованы в выпуске журнала Cell от 20 июля.
"Эти три мутации являются первым геномным свидетельством того, что повреждение от ультрафиолета напрямую связано с меланомой," сказала соавтор Линда Чин, M.D., Профессор и заведующий кафедрой геномной медицины доктора медицины Андерсона. "До сих пор эта связь основывалась на эпидемиологических данных и экспериментальных данных."
"Это исследование также интересно, потому что многие из недавних крупномасштабных геномных исследований не обнаружили новых генов рака с повторяющимися мутациями горячих точек, что явно указывает на биологическое значение," сказал Чин, который также является научным директором Института прикладных онкологических исследований доктора медицины Андерсона.
Все шесть новых генов меланомы, идентифицированные командой, значительно мутированы и представляют собой потенциальные мишени для новых методов лечения.
Головоломка имеет тысячи потенциальных частей, но требует всего несколько десятков
Ряд важных мутаций ранее был идентифицирован как движущие силы меланомы. К ним относятся мутации BRAF (V600), присутствующие в половине всех меланом, и мутации NRAS (Q61). Однако подавляющее большинство этих мутаций, по-видимому, не вызвано прямым повреждением от воздействия ультрафиолета.
Эти известные мутации важны, но не рассказывают всю историю. Авторы отмечают, что у меланомы более высокая частота генетических мутаций, чем у большинства других типов солидных опухолей. Большинство из них связано с мутациями-пассажирами, вызванными повреждением УФ-светом, что приводит к изменению ДНК, называемому переходом из цитидина (C) в тимидин (T).
Подбородок вместе с Леви А. Garraway M.D, Ph.D., адъюнкт-профессор онкологического института Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школы и старший ассоциированный член Института Броуда секвенировал экзоны ?? активные участки ДНК, участвующие в синтезе белка ?? в 121 образце меланомы в паре с нормальной ДНК обнаружено 86813 кодирующих мутаций. В результате частота мутаций была выше, чем когда-либо сообщалось при любом другом типе опухоли.
Среди наиболее часто мутируемых генов 85 процентов активных кодирующих мутаций возникли в результате переходов C в T, вызванных воздействием ультрафиолетового света.
Статистические подходы к идентификации драйверных мутаций часто предполагают, что базовая частота мутаций одинакова по всему геному. Обилие мутаций-пассажиров, вызываемых ультрафиолетом, которые различаются по частоте, опровергает это предположение при меланоме, сообщают исследователи.
"Когда обнаруживается, что ген подвергается многократной мутации, мы, естественно, предполагаем, что он важен для рака," – сказал Гарравей, соавтор исследования с Чином. "Однако меланома может нас обмануть ?? в этом раке очень высокая частота мутаций означает, что многие гены могут повторно мутировать чисто случайно. Нам нужно было решение этой проблемы."
Чтобы противостоять этому эффекту, исследователи обратились к частям генома, которые не кодируют белки, называемым интронами, и к другим неактивным сегментам ДНК, фланкирующим экзоны. Сравнивая частоту мутаций в неактивных сегментах с частотой мутаций в экзонах, исследователи создали основу для оценки статистической значимости функциональных мутаций.
Подход определяет шесть известных генов рака, шесть новых
Анализ выявил функциональные мутации в известных раковых генах BRAF, NRAS, PTEN, TP53, CDKN2A и MAP2K1.
Также были обнаружены пять новых генов: RAC1, PPP6C, STK19, SNX31 и TACC1. Большинство из них связаны с молекулярными путями, участвующими в развитии рака, но ранее не считались существенно мутировавшими при меланоме. Их присутствие в образцах опухолей колебалось от 3 до 9 процентов.
Шестым новым геном, связанным с меланомой, был ARID2, явный ген-супрессор опухоли, обладающий значительным количеством мутаций потери функции, обнаруженных в 7% образцов пациентов.
"Шесть новых генов меланомы были выделены из тысяч мутировавших генов," сказал Эран Ходис, со-ведущий автор, который является вычислительным биологом в лаборатории Гарравея в Институте Броуда и магистром М.D.-Ph.D. студент Гарварда и Массачусетского технологического института. "Тот же подход может внести ясность в исследования секвенирования генома других видов рака, страдающих высокой частотой мутаций пассажиров, например рака легких."
Ультрафиолетовое излучение вызывает 46 процентов мутаций драйверов
Затем команда сверила свои выводы с базой данных повторяющихся мутаций под названием COSMIC и получила новое понимание частоты и характеристик мутаций драйверов, старых и недавно обнаруженных, в 21 гене.
Из 262 мутаций драйвера в 21 гене 46 процентов были вызваны повреждением, вызванным ультрафиолетом. Хорошо известный ген TP53, подавляющий опухоль, имел наибольшее количество мутаций, вызванных УФ-излучением. Другие опухолевые супрессоры также имели мутации потери функции, и все недавно идентифицированные гены имели высокий процент мутаций, вызванных УФ-повреждением.
Самое интересное, что три из обнаруженных генов обладали мутациями «горячих точек», обнаруженными в одном и том же положении у нескольких пациентов, что дает еще одну линию доказательств, указывающих на то, что эти мутации способствуют развитию меланомы.
"Теперь мы обнаружили, что третья по распространенности мутация очага меланомы присутствует в гене под названием RAC1, и, в отличие от мутаций BRAF и NRAS, эта активирующая мутация связана исключительно с характерным повреждением, нанесенным воздействием солнечного света" сказал Ян Р. Уотсон, доктор философии.D., со-ведущий автор исследования и научный сотрудник лаборатории Chin в MD Anderson.
Новые идеи дают возможность лучше понять и лечить меланому
Авторы отметили, что после наиболее полного анализа генетики меланомы предстоит еще много работы. При ранней диагностике меланома хорошо излечима, но при метастазировании приводит к летальному исходу. Определение роли этих мутировавших генов в биологических процессах, важных для прогрессирования меланомы и метастазирования, открывает новые возможности для изучения молекулярных основ этого заболевания.
С появлением ингибитора BRAF вемурафениба меланома стала последней историей успеха таргетной терапии на основе геномики при лечении пациентов с метастатическим заболеванием. Однако меланома в конечном итоге сопротивляется этой терапии, и эффективные варианты лечения для пациентов, не обладающих мутацией BRAF (V600), ограничены.
По словам Чина, определение того, поддаются ли эти недавно обнаруженные гены таргетной терапии, или их мутации предсказывают чувствительность к доступным в настоящее время лекарствам, будет важным следующим шагом в применении этих результатов в клинике.