Номер Т. 10, № 1-2 (37-38) 2020

Роль мікроРНК в індивідуалізації лікування хворих на рак грудної залози

Рыспаева Д.Э., Крячок И.А.

Резюме. Відомо, що в розвитку раку беруть участь не тільки генетичні, а й епігенетичні фактори, які можуть спричинити фенотипові зміни й призвести до росту пухлини. Сучасні дані в молекулярній біології свідчать, що зміни експресії мікроРНК є одним з епігенетичних механізмів, залучених до ініціації, прогресування та метастазування пухлинного процесу. Відкриття специфічних малих некодуючих молекул — мікроРНК (microRNA, miRNA, miR) — відіграло надзвичайну роль у формуванні уявлень про молекулярні механізми регуляції експресії генів і стало значущою подією останніх років. Після першої характеристики підпису мікроРНК для раку грудної залози (2005 р.) проведено багато досліджень з мікроРНК і доведено, що експресія мікроРНК у пухлинних клітинах значно відрізняється від показників у нормальних тканинах. На підставі аналізу світової літератури у статті показана біологічна і клінічна роль мікроРНК в патогенезі та лікарській стійкості раку грудної залози. Також представлена асоціація профілів експресії специфічних мікроРНК з клінічним перебігом захворювання, молекулярно-генетичними підтипами раку грудної залози та відповіддю на хіміо- і гормонотерапію. Проведено аналіз ключових мікроРНК, перспективних для діагностики, оцінки прогнозу і відповіді на лікарську терапію.

Резюме. Известно, что в развитии рака принимают участие не только генетические, но и эпигенетические факторы, которые могут вызывать фенотипические изменения и приводить к росту опухоли. Последние данные в молекулярной биологии свидетельствуют о том, что изменения экспрессии микроРНК являются одним из эпигенетических механизмов, участвующих в инициации, прогрессировании и метастазировании опухолевого процесса. Открытие специфических малых некодирующих молекул — микроРНК (microRNA, miRNA, miR) — сыграло исключительную роль в формировании представлений о молекулярных механизмах регуляции экспрессии генов и явилось значимым событием последних лет. После первой характеристики подписи микроРНК для рака грудной железы (2005 г.) проведено много исследований по микроРНК и доказано, что экспрессия микроРНК в опухолевых клетках значительно отличается от показателей в нормальных тканях. На основании анализа мировой литературы в статье показана биологическая и клиническая роль микроРНК в патогенезе и лекарственной устойчивости рака грудной железы. Также представлена ассоциация профилей экспрессии специфических микроРНК с клиническим течением заболевания, молекулярно-генетическими подтипами рака грудной железы, а также ответом на химио- и гормонотерапию. Проведен анализ ключевых микроРНК, перспективных для диагностики, оценки прогноза и ответа на лекарственную терапию.

Рак грудной железы (РГЖ) в течение последних лет занимает первое место в структуре заболеваемости (19,5%) и смертности (20,1%) женщин в Украине [4]. В стране ежегодно регистрируют около 13–14 тыс. случаев РГЖ, примерно половина больных, несмотря на усилия врачей, умирают от этой патологии (по данным Национального канцер-­регистра за 2014 г., 5874 умерших). Несмотря на разработанные многочисленные схемы химиотерапии, серьезным препятствием на пути успешного лечения больных РГЖ остается устойчивость опухолей к лекарственным препаратам, молекулярные механизмы которой в основном неизвестны [25].

С одной стороны, повышение онкологической заболеваемости, большой удельный вес больных РГЖ, нуждающихся в системной терапии, с другой — научные достижения в области биологии этого злокачественного заболевания с выявлением мишеней для действия лекарственных препаратов побуждают к поиску путей индивидуализации специ­фической терапии на основе молекулярных маркеров.

Открытие ключевых молекулярных драйверов в области онкологии обусловило применение эпохальных подходов к блокированию различных белков — продуктов онкогенов в опухолевых клетках (трастузумаб, лапатиниб, бевацизумаб и др.). Так, открытие гиперэкспрессии гена HER2 (ERBB2) и планирование таргетного лечения способствовало повышению выживаемости при РГЖ. Таким образом, понимание биологических характеристик опухоли и концепции ее гетерогенности нацеливают на поиск более совершенных методов лечения [5].

Предполагается, что идентификация молекулярных маркеров химиочувствительности и химиорезистентности позволит улучшить результаты противоопухолевой терапии. Исследования, проводимые в данном направлении, ставят две задачи: 1) генетическая характеристика особенностей пациента, позволяющая индивидуализировать дозировку лекарственных препаратов и снизить их токсичность (персонализированная терапия); 2) мутационный и экспрессионный анализ опухолевой ткани с целью прогнозирования чувствительности опухоли к лекарственным средствам (индивидуализация лечения). В первом случае объектом изучения является полиморфизм генов, кодирующих ферменты лекарственного метаболизма, во втором — приобретенные мутации и опухольспецифические экспрессии генов, произошедшие непосредственно в опухолевой ткани [1]. Безусловно, индивидуализация противоопухолевой терапии на основе молекулярных маркеров не является панацеей. Низкая эффективность лекарственного лечения опухолей связана не столько с трудностями выбора соответствующих препаратов, сколько с затруднениями в разработке истинно селективных агентов, направленных на получение объективного ответа и повышение выживаемости.

Выраженная гетерогенность опухолей грудной железы делает принципиально важным изучение ее молекулярных характеристик, основанным не только на определении генных мутаций и профиля экспрессии генов, но и на новых биологических маркерах. Одним из новых биомаркеров являются микроРНК (microRNA, miRNA, miR) — небольшие молекулы, регулирующие экспрессию генов и участвующие, по-видимому, во всех биологических процессах макроорганизма.

МикроРНК активно изучают при онкологических заболеваниях в качестве перспективных предиктивных маркеров и потенциальных терапевтических агентов. Кроме того, предполагается использование микроРНК в диагностике и определении прогноза злокачественных заболеваний [2, 7].

МикроРНК — это семейство малых некодирующих РНК длиною в 19–23 нуклеотида, которые участвуют во многих биологических процессах, таких как выживаемость, апоптоз, клеточный цикл и регуляция генов [8]. Разные микроРНК могут либо стимулировать, либо супрессировать развитие опухоли и метастазов. Возможна либо повышенная экспрессия отдельных микроРНК, при этом микроРНК функционирует как онкоген, либо сниженная экспрессия, и при этом микроРНК выступает как ген, супрессирующий развитие опухоли [9].

К настоящему времени известно около 3 тыс. микроРНК человека (miRBase, 2013; http://www.mirbase.org/), каждая из которых потенциально может регулировать работу сотен генов-мишеней (TargetScan, v.7, 2016; http://www.targetscan.org/).

В процесс канцерогенеза вовлечено значительное количество микроРНК, и изменение их экспрессии способствует образованию и развитию различных типов опухолей [15]. Впервые участие микроРНК в развитии онкологических заболеваний было показано для двух генов микроРНК miR-15 и miR-16, расположенных в хромосомной области 13q14, у пациентов с хронической В-лимфоцитарной лейкемией [10]. Последующие работы показали, что в большинстве случаев многие онкологические заболевания (рак легкого, грудной железы, глиомы) имеют аномальный профиль экспрессии микроРНК по сравнению с нормальными соответствующими тканями [15]. Получены важные данные о том, что раковая инвазия и метастазирование инициируются разными микроРНК [20].

Ассоциация микроРНК с РГЖ была установлена в 2005 г. в исследованиях с использованием клеточных линий, клинических образцов и моделей in vivo. Несколько исследований определили группу микроРНК, которые дифференциально экспрессируются при РГЖ по сравнению с нормальной тканью грудной железы, включая подавление экспрессии let-7, miR-125, miR-10b, и miR-145, а также избыточную экспрессию miR -155, miR-191, miR-21, miR-206, miR-210 и miR-213 [3, 24]. Специфическими могут быть изменения не только для опухолей разного происхождения, но и для различных гистологических типов, профилей экспрессии генов в клетках опухоли, TNM-стадии [7].

Как известно, классификация РГЖ, основанная на различии в экспрессии генов, выделяет подтипы: базальноподобный, люминальный А, люминальный В и HER-2-позитивный [27]. Выявлено, что профили экспрессии микроРНК также могут быть использованы для классификации опухолей грудной железы [13, 26]. Многие микроРНК неодинаково экспрессируются при базальном и люминальном HER2/neu-позитивном подтипах РГЖ. Для отдельных микроРНК, таких как члены семейства let-7, найдена связь с подтипом опухоли, эстроген-рецепторным статусом и степенью злокачественности [11, 28, 31]. Разные микроРНК, ассоциированные с разными подтипами РГЖ, могут служить маркерами прогноза ответа на лекарственную терапию [6, 18].

Особенный интерес представляют исследования, посвященные участию микроРНК в канцерогенезе. Установлено, что экспрессия микроРНК-720 снижена при метастатическом РМЖ, а реэкс­прессия этой же молекулы ингибирует клеточную инвазию и миграцию как in vitro, так и in vivo [21]. Самое выраженное снижение экспрессии микроРНК отмечается для микроРНК-125b [17, 29]. При этом установлено, что для данной микроРНК существует около 65 мишеней, одна из которых — эпидермальный фактор роста — HER2/neu, или CD340, определение которого является обязательным в тактике терапии больных РГЖ [16].

Изменения экспрессии семейства микроРНК-200 регистрировали при люминальном и базальноподобном подтипах РГЖ, а низкая экспрессия микроРНК-200с, микроРНК-145 ассоциирована с высоким потенциалом опухолевых клеток к инвазии при трижды негативном РГЖ c BRCA-мутациями [14]. Для опухолей грудной железы с метастазами в регионарных лимфоузлах или с высоким пролиферативным индексом Ki-67 отмечено характерное снижение экспрессии опухолевого супрессора let-7, что позволяет выделить группу больных с неблагоприятным прогнозом [12].

Данные о вовлечении микроРНК в формирование феномена резистентности при РГЖ показаны в немногочисленных работах [19, 22, 30, 32]. Так, в исследовании Zhao (2013) [32] изучены 183 микроРНК на двух клеточных линиях (MCF-7/доксорубицин и MCF-7/доцетаксел) и определены две микроРНК — 222 и 29а, которые оказались вовлечены в развитие резистентности к противоопухолевым препаратам. В исследовании показано, что эти микроРНК являются онкогенами и, возможно, влияют на регуляцию экспрессии PTEN (phosphatase and tensin homolog), являющегося опухолевым супрессором.

Немногие микроРНК (-17/20, -21, -34a, -125b, -181a, -203, -218, -221, -222, -342), известные к настоящему времени, играют ключевую роль в развитии лекарственной устойчивости к цитостатикам (паклитаксел, доцетаксел, цисплатин и доксорубицин), гормонам (тамоксифен) или трастузумабу в различных линиях клеток РГЖ [23, 33]. Например, гиперэкспрессия микроРНК-155 была связана с резистентностью к неоадъювантной химиотерапии у больных РГЖ [30].

В последнее десятилетие стало ясно, что важную роль в злокачественной трансформации клеток и в опухолевой прогрессии играют нарушения регуляции микроРНК, которые отвечают за экспрессию генов на посттранскрипционном уровне. Исследования микроРНК находятся на начальном этапе, и это относится как к их прогностической, так и предиктивной роли. Также мало известно о соотношении гистологических подтипов и специфических паттернов экспрессии микроРНК и, безусловно, стоит далее исследовать это соотношение в будущем. Важным элементом прикладного рассмотрения данной проблемы представляется оценка профиля экспрессии микроРНК с диагностической целью в биопсийном материале и возможным предиктивным значением для проведения неоадъювантной химиотерапии.

Таким образом, возможно, в будущем станет реальным с помощью изучения небольшого набора микроРНК определять подтип РГЖ и, более того, прогнозировать биологические свойства опухоли и потенциальный ответ на терапию.

Список использованной литературы

1. Имянитов Е.Н., Моисеенко В.М. (2008) Применение молекулярно-генетического анализа для выбора противоопухолевой терапии. Вопр. онкол., 54(2): 121–132.

2. Киселев Ф.Л. (2014) МикроРНК и рак. Мол. биол., 48(2): 232–242.

3. Поспехова Н.И., Поярков С.В., Зенит-Журавлева Е.Г. и др. (2012) Экспрессионный анализ микроРНК для диагностики и прогноза рака молочной железы. Злокачественные опухоли, 2: 91–98.

4. Федоренко З.П., Михайлович Ю.Й., Гулак Л.О. та ін. (2006) Рак в Україні, 2014–2015. Бюл. Нац. канцер-реєстру України, 17: 144.

5. Чехун В.Ф. (2012) От системной биологии рака до методологии персонализированной терапии. Онкология, 14(2): 84–88.

6. Чехун C.В. (2015) Особливості міжпухлинної гетерогенності раку молочної залози (експериментальне та клінічне дослідження). Автореф… канд.мед.н., Київ: 24 с.

7. Ширшова А.Н., Аушев В.Н., Филипенко М.Л., Кушлинский Н.Е. (2015) МикроРНК при онкологических заболеваниях. Мол. мед., 2: 4–12.

8. Bartel D.P. (2004) MicroRNAs: genomics, bioge­nesis, mechanism, and function. Cell, 116: 281–297.

9. Bartel D.P. (2009) MicroRNAs: target recognition and regulatory functions. Cell, 136(2): 215–233.

10. Calin G.A., Dumitru C.D., Shimizu M. et al. (2002) Frequent deletions and down-regulation of micro-RNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 99: 15524–15529.

11. Cheng C., Fu X., Alves P. et al. (2009) mRNA expression profiles show differential regulatory effects of microRNAs between estrogen receptor-positive and estrogen receptor-negative breast cancer. Genome Biol., 10(9): R90.

12. D’Ippolito E., Iorio M.V. (2013) MicroRNAs and triple negative breast cancer. Int. J. Mol. Sci., 14 (11): 22202–22220; doi:10.3390/ijms141122202.

13. Eo H.S., Heo J.Y., Choi Y. et al. (2012) A pathway-based classification of breast cancer integrating data on differentially expressed genes, copy number variations and MicroRNA target genes. Mol. Cells, 34(4): 393–398. doi:10.1007/s10059-012-0177-0.

14. Erturk E., Cecener G., Tezcan G. et al. (2015) BRCA mutations cause reduction in miR-200c expression in triple negative breast cancer. Gene, 556(2): 163–9. doi: 10.1016/j.gene.2014.11.047.

15. Farazi T.A., Spitzer J.I., Morozov P., Tuschl T. (2011) MiRNAs in human cancer. J. Pathol., 223(2): 102–115.

16. Fassan M., Pizzi M., Realdon S. et al. (2013) The HER2-miR125a5p/mir125b loop in gastric and esophageal carcinogenesis. Hum. Pathol., 44(9): 1804–1810. doi: 10.1016/j.humpath.2013.01.023.

17. Feliciano A., Castellvi J., Artero-Castro A. et al. (2013) MiR-125b acts as a tumor suppressor in breast tumorigenesis via its novel direct targets ENPEP, CK2-α, CCNJ, and MEGF9. PLoS One, 8: e76247.

18. Iliopoulos D., Rotem A., Struhl K. (2011) Inhibition of miR-193a expression by Max and RXRα activates K-Ras and PLAU to mediate distinct aspects of cellular transformation. Cancer Res., 71: 5144–53. doi: 10.1158/0008- 5472.CAN-11-0425.

19. Kastl L., Brown I., Schofield A.C. (2012) MiRNA-34a is associated with docetaxel resistance in human breast cancer cells. Breast Cancer Res. Treat., 131(2): 445–454. doi: 10.1007/s10549-011-1424-3.

20. Lages E., Ipas H., Guttin A. et al. (2012) MicroRNAs: molecular features and role in cancer. Front. Biosci., 17: 2508–25040.

21. Li M., Yin J., Mao N., Pan L. (2013) Upregulation of phosphorylated cofilin 1 correlates with taxol resistance in human ovarian cancer in vitro and in vivo. Oncol. Rep., 29(1): 58–66.

22. Li Q., Liu M., Ma F. et al. (2014) Circulating miR-19a and miR-205 in serum may predict the sensitivity of luminal A subtype of breast cancer patients to neoadjuvant chemotherapy with epirubicin plus paclitaxel. PLoS ONE, 9(8): e104870. doi: 10.1371/journal.pone.0104870.

23. Magee P., Shi L., Garofalo M. (2015) Role of microRNAs in chemoresistance. Ann. Transl. Med., 3(21): 332. doi: 10.3978/j.issn.2305-5839.2015.11.32.

24. Mar-Aguilar F., Mendosa-Ramírez J.A., Malagón-Santiago I. et al. (2013) Serum circulating microRNA profiling for identification of potential breast cancer biomarkers. Dis. Markers, 34(3): 163–169. doi: 10.3233/DMA-120957.

25. Nwabo Kamdje A.H., Seke Etet P.F., Vecchio L. et al. (2014) Signaling pathways in breast cancer: therapeutic targeting of the microenvironment. Cell Signal., 26(12): 2843–2856. doi: 10.1016/j.cellsig.2014.07.034.

26. Ogino S., Fuchs C.S., Giovannucci E. (2012) How many molecular subtypes? Implications of the unique tumor principle in personalized medicine. Expert. Rev. Mol. Diagn., 12(6): 621–628.

27. Perou C.M., Sorlie T., Eisen M.B. et al. (2000) Molecular portraits of human breast tumors. Nature, 406: 747–752.

28. Persson H., Kvist A., Rego N. et al. (2011) Identification of new microRNAs in paired normal and tumor breast tissue suggests a dual role for the ERBB2/Her2 gene. Cancer Res., 71(1). doi: 10.1158/0008-5472.CAN-10-1869.

29. Vilquin P., Donini C.F., Villedieu M. et al. (2015) MicroRNA-125b upregulation confers aromatase inhibitor resistance and is a novel marker of poor prognosis in breast cancer. Breast Cancer Res., 17: 13.

30. Wang H., Tan G., Dong L. et al. (2012) Circulating MiR-125b as a marker predicting chemoresistance in breast cancer. PLoS ONE, 7(4): e34210. doi: 10.1371/journal.pone.0034210.

31. Yu F., Yao H., Zhu P. et al. (2007) Let-7 regulates self-renewal and tumorigenicity of breast cancer cells. Cell, 131(6): 1109–1123.

32. Zhao G., Guo J., Li D. (2013) MicroRNA-34a suppresses cell proliferation by targeting LMTK3 in human breast cancer MCF-7 cell line. DNA Cell Biol., 32(12): 699–707.

33. Zhou M., Liu Z., Zhao Y. et al. (2010) MicroRNA-125b confers the resistance of breast cancer cells to paclitaxel through suppression of pro-apoptotic Bcl-2 antagonist killer1 (Bak1) expression. J. Biol. Chem., 285: 21496–21507.

 

Адрес:
Рыспаева Динара Эсенбековна
03022, Киев, ул. Ломоносова, 33/43
Национальный институт рака
E-mail: ryspayeva1@gmail.com

Коментарів немає » Додати свій
Leave a comment