Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Рак - это категория заболеваний, характеризующихся неконтролируемым ростом и размножением клеток. Для ракачтобы разработать , гены , регулирующие клеточный рост и дифференцировку должны быть изменены; эти мутации затем поддерживаются посредством последующих клеточных делений и, таким образом, присутствуют во всех раковых клетках. Профилирование экспрессии генов - это метод, используемый в молекулярной биологии для одновременного запроса экспрессии тысяч генов. В контексте рака профили экспрессии генов использовались для более точной классификации опухолей. Информация, полученная в результате профилирования экспрессии генов, часто помогает предсказать клинический исход пациента.

Фон [ править ]

Онкогенез [ править ]

Онкогенез - это процесс, при котором нормальные клетки приобретают свойства раковых клеток, что приводит к образованию рака или опухоли (см. Туморогенез ). Он характеризуется молекулярным перепрограммированием клетки, чтобы подвергнуть ее бесконтрольному клеточному делению , что приводит к образованию злокачественной массы. Клетки, образующие эту массу, подвергаются естественному отбору: по мере того, как клетки приобретают мутации, которые увеличивают их выживаемость или репродуктивную способность, они доминируют над растущей опухолью, поскольку другие клетки вытесняются (см. Соматическая эволюция при раке ). Из-за этих селективных свойств большинство клеток в опухоли будут иметь общий профиль экспрессии генов.

Профилирование экспрессии генов [ править ]

Профилирование экспрессии генов - это метод, используемый в молекулярной биологии для одновременного запроса экспрессии тысяч генов. Хотя почти все клетки в организме содержат весь геном организма, только небольшая часть этих генов экспрессируется в виде информационной РНК (мРНК) в любой момент времени, и их относительную экспрессию можно оценить. Методы включают технологию микрочипов ДНК или методы на основе секвенирования, такие как серийный анализ экспрессии генов (SAGE).

Текущие исследования рака используют в первую очередь микроматрицы ДНК, в которых ряд микроскопических пятен предопределенных олигонуклеотидов ДНК, известных как зонды , ковалентно прикреплены к твердой поверхности, такой как стекло, образуя так называемый генный чип. ДНК, меченная флуорофорами ( мишень ), готовится из образца, такого как биопсия опухоли, и гибридизируется с комплементарной ДНК.(кДНК) последовательности на генном чипе. Затем чип сканируется на наличие и силу флуоресцентных меток в каждом пятне, представляющем гибриды зонд-мишень. Уровень флуоресценции в конкретном пятне дает количественную информацию об экспрессии конкретного гена, соответствующего выделенной последовательности кДНК. ДНК-микрочипы возникли в результате саузерн-блоттинга, который позволяет обнаруживать конкретную последовательность ДНК в образце ДНК.

Благодаря снижению затрат, РНК-секвенирование становится все более распространенным методом профилирования экспрессии генов рака. Он превосходит методы микроматрицы из-за отсутствия смещения, присущего выбору зонда.

Классификация рака [ править ]

Фон [ править ]

Гистопатология инвазивной протоковой карциномы груди, представляющей собой скиррозное образование.
Микроскопический вид гистопатологического образца инвазивной протоковой карциномы груди, представляющий скиррозный нарост, окрашенный гематоксилином и эозином .

В классификации рака преобладают области гистологии и гистопатологии, целью которых является использование морфологических маркеров для точной идентификации типа опухоли. Гистологические методы основаны на химическом окрашивании тканей пигментами, такими как гематоксилин и эозин, и визуализации патологом на основе микроскопии . Идентификация подтипов опухолей основана на установленных классификационных схемах, таких как Международная классификация болезней, опубликованная Всемирной организацией здравоохранения.который содержит коды для классификации болезней и широкий спектр признаков, симптомов, отклонений от нормы, жалоб, социальных обстоятельств и внешних причин травм или заболеваний. Для некоторых типов рака эти методы не позволяют различить подклассы; например, определение подгрупп диффузной крупноклеточной B-клеточной лимфомы (DLBCL) в значительной степени не удалось из-за несоответствия между воспроизводимостью между и внутри наблюдателя. [1] Кроме того, клинические исходы опухолей, классифицируемых как DLBCL, сильно варьируются [1], что позволяет предположить, что существует несколько подтипов DLBCL, которые нельзя различить на основе этих гистологических маркеров. Классификация опухолей молочной железы на основе этих предикторов также в значительной степени не удалась. [2] Разработка эффективных методов лечения зависит от точного диагноза; Кроме того, неправильный диагноз может привести к страданиям пациента из-за ненужных побочных эффектов нецелевого лечения и к увеличению расходов на здравоохранение. Наиболее показательным, возможно, является то, что 70-80% пациентов с раком груди, получающих химиотерапию на основе традиционных предикторов, выжили бы без нее. [3] [4]

Следует отметить, что аналогичные паттерны экспрессии генов, связанные с метастатическим поведением опухолевых клеток рака груди, также были обнаружены при раке груди у собак, наиболее распространенной опухоли у самок. [5] [6]

Ниже представлены способы использования профилей экспрессии генов для более точной классификации опухолей на подгруппы, часто с клиническим эффектом.

Молекулярная подпись [ править ]

В конкретном типе клетки или ткани только небольшая часть геномной ДНК организма будет экспрессироваться в виде мРНК в любой момент времени. Уникальный образец экспрессии гена для данной клетки или ткани называется его молекулярной сигнатурой. Например, экспрессия генов в клетках кожи будет сильно отличаться от экспрессии генов в клетках крови. Анализ микроматрицы может предоставить количественную информацию об экспрессии генов, позволяющую генерировать молекулярные сигнатуры, каждая из которых уникальна для определенного класса опухолей. Эта идея была впервые экспериментально продемонстрирована [7] в 2000 году исследователями из Стэнфордского университета и опубликована в журнале Nature Genetics.. Авторы измерили относительную экспрессию 9703 кДНК человека в шестидесяти линиях раковых клеток, ранее изученных и охарактеризованных Программой развития терапии Национального института рака . Иерархическая кластеризация алгоритм был использован для линий группы клеток , основанных на сходстве с помощью которых паттерн экспрессии генов варьировался. В этом исследовании Росс и др. Большинство клеточных линий с общими органами происхождения (на основе информации из Национальных институтов здравоохранения ) сгруппированы вместе в терминальных ветвях, что свидетельствует о том, что раковые клетки, возникающие из одной и той же ткани, имеют много молекулярных характеристик. Это позволяет надежно идентифицировать тип опухоли на основе экспрессии гена.

Подкласс опухоли [ править ]

Более мощный результат профилирования экспрессии генов - это возможность дополнительно классифицировать опухоли на подтипы, обладающие различными биологическими свойствами и влиять на прогнозы. Например, некоторые диффузные большие B-клеточные лимфомы (DLBCL) неотличимы на основе гистологических методов, но клинически неоднородны: 40% пациентов хорошо реагируют и демонстрируют длительную выживаемость, а остальные 60% - нет. [8]

В 2000 году исследователи из Стэнфорда во главе с Эшем Ализаде и его коллегами опубликовали результаты [8] в журнале Nature., используя методы профилирования экспрессии, чтобы разделить DLBCL на два подтипа: B-подобный DLBCL зародышевого центра и активированный B-подобный DLBCL. Авторы разработали индивидуальные микроматрицы, названные «лимфочипами», которые использовались для запроса экспрессии 17 856 генов, преимущественно экспрессируемых в лимфоидных клетках, и генов, играющих роль в раке или иммунологии, для 96 образцов лимфоцитов. Алгоритм иерархической кластеризации идентифицировал подмножество опухолей, которые были бы обозначены как DLBCL традиционными гистологическими методами; однако профили экспрессии этих опухолей были гетерогенными. Когда опухоли были повторно кластеризованы на основе экспрессии генов В-клеток зародышевого центра, появилась вторая группа генов, характерных для активированных В-клеток, которые регулировались противоположно по сравнению с первым набором генов. На основе этих паттернов экспрессиигетерогенный кластер DLBCL был подклассифицирован до B-подобного DLBCL зародышевого центра и активированного B-подобного DLBCL. Различия между этими группами значительны с точки зрения общей выживаемости пациентов: вероятность выживания для пациентов с В-подобными DLBCL зародышевого центра в течение 10 лет составляла около 80%, в то время как у пациентов с активированными B-подобными DLBCLs была снижена примерно до 40% в течение короче восьмилетний период.

Рак молочной железы также трудно отличить по гистологическим маркерам. В исследовании 2000 года, опубликованном в журнале Nature , исследователи из Стэнфорда под руководством Перу CM охарактеризовали паттерны экспрессии генов в 8102 генах для 65 биопсий, полученных от рака груди. [9] Целью исследования было выявление паттернов экспрессии генов, которые можно было бы использовать для описания фенотипического разнообразия опухолей молочной железы, путем сравнения профилей биопсий с профилями культивируемых клеточных линий и соотнесения этой информации с клиническими данными. Опухоли были сгруппированы в две основные группы, которые в значительной степени отражали ER.-положительные и ER-отрицательные клинические описания. ER-положительные опухоли характеризовались высокой экспрессией генов, обычно экспрессируемых в клетках просвета груди. Авторы предполагают, что это различие более высокого порядка может охватывать как минимум два биологически различных типа рака, каждый из которых может потребовать уникального курса лечения. Внутри ER-отрицательной группы были идентифицированы дополнительные кластеры на основе экспрессии Erb-B2 и генов базального эпителия, обогащенных кератином 5 и 17. Эти группы отражают различные молекулярные особенности, относящиеся к биологии эпителия молочной железы, в зависимости от исхода заболевания.

Клиническое применение [ править ]

Репрезентативный сюжет выживания Каплана-Мейера. Пациенты с сигнатурой гена A имеют лучший процент выживаемости, чем пациенты с сигнатурой гена B.

В исследовании 2001 года, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences , Sørlie et al. [10] далее стратифицировали классификации, описанные Perou et al. [9]и исследовали клиническую ценность этих подтипов рака груди. Авторы разделили ER-положительные опухоли на две отдельные группы и обнаружили, что классификация опухолей на основе экспрессии генов связана с выживаемостью пациентов. Экспрессия 427 генов была измерена для 78 видов рака и семи образцов доброкачественной груди. После иерархической кластеризации образцы сформировали две группы на самом высоком уровне организации, отражающие ER-положительный и ER-отрицательный фенотипы; ER-отрицательный кластер далее расслоился на группы, идентичные тем, которые описаны Perou et al. [9] В отличие от предыдущих результатов, Sørlie et al. [10]обнаружили, что ER-позитивная группа также может быть разделена на три отдельные подгруппы, названные подтипами просвета A, B и C, на основе паттернов экспрессии генов, специфичных для просвета, с разными исходами. Авторы также обнаружили, что после того, как они выполнили анализ выживаемости, опухоли, принадлежащие к различным группам, показали значительно разные результаты при единообразном лечении. Анализ выживаемости часто отображается в виде графиков выживаемости Каплана-Мейера , пример которых показан справа.

В дополнение к идентификации генов, которые коррелируют с выживаемостью, анализ микроматриц использовался для установления профилей экспрессии генов, связанных с прогнозом. Все согласны с тем, что пациенты с опухолями с плохими прогностическими характеристиками получат наибольшую пользу от адъювантной терапии, поскольку эти методы лечения существенно улучшают общую выживаемость женщин с раком груди. Однако традиционные прогностические факторы, как упоминалось выше, неточны. Исследователи из Нидерландского института рака смогли определить признаки «хорошего прогноза» и «плохого прогноза» на основе экспрессии 70 генов, что позволило лучше предсказать вероятность развития метастазов в течение пяти лет у пациентов с раком груди [11] [12] Метастазирование включает распространение рака от одного органа к другому по всему телу и является основной причиной смерти больных раком. В то время как исследование Нидерландского института рака применялось только к пациентам с раком груди, исследователи из Массачусетского технологического института определили молекулярную сигнатуру метастазов, которая применима к аденокарциномам в целом. [13]

См. Также [ править ]

  • Рак
  • Транскриптомика
  • ДНК-микрочип
  • Профилирование экспрессии генов
  • Онкология

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b "Проект классификации неходжкинской лимфомы: клиническая оценка классификации неходжкинской лимфомы Международной группой изучения лимфомы" . Кровь . 89 (11): 3909–3918. 1997. DOI : 10,1182 / blood.V89.11.3909 . PMID  9166827 .
  2. ^ McGuire WL (1991). «Факторы прогноза рака груди: рекомендации по оценке» . Журнал Национального института рака . 83 (3): 154–5. DOI : 10.1093 / JNCI / 83.3.154 . PMID 1988696 . 
  3. ^ Совместная группа ранних исследователей рака молочной железы (1998). «Полихимиотерапия при раннем раке груди: обзор рандомизированных исследований». Ланцет . 352 (9132): 930–942. DOI : 10.1016 / S0140-6736 (98) 03301-7 . S2CID 38457555 . 
  4. ↑ Foo X (1998). «Тамоксифен для лечения рака груди на ранних стадиях: обзор рандомизированных исследований». Ланцет . 351 (9114): 1451–1467. DOI : 10.1016 / S0140-6736 (97) 11423-4 . PMID 9605801 . S2CID 46287542 .  
  5. ^ Klopfleisch R, Lenze D, Hummel M, Gruber AD (2010). «Метастатические карциномы молочной железы у собак могут быть идентифицированы по профилю экспрессии генов, который частично перекрывается с профилями рака молочной железы человека» . BMC Рак . 10 : 618. DOI : 10.1186 / 1471-2407-10-618 . PMC 2994823 . PMID 21062462 .  
  6. ^ Klopfleisch R, Lenze D, Hummel M, Gruber AD (2010). «Метастатический каскад отражен в транскриптоме метастатических карцином молочной железы собак». Ветеринарный журнал . 190 (2): 236–243. DOI : 10.1016 / j.tvjl.2010.10.018 . PMID 21112801 . 
  7. ^ Росс DT; и другие. (2000). «Систематические вариации в паттернах экспрессии генов в линиях раковых клеток человека». Генетика природы . 24 (3): 227–235. DOI : 10.1038 / 73432 . PMID 10700174 . S2CID 1135137 .  
  8. ^ а б Ализаде А.А. и другие. (2000). «Определенные типы диффузной крупноклеточной В-клеточной лимфомы, идентифицированные с помощью профилирования экспрессии генов». Природа . 403 (6769): 503–511. DOI : 10.1038 / 35000501 . PMID 10676951 . S2CID 4382833 .  
  9. ^ a b c Перу CM; и другие. (2000). «Молекулярные портреты опухолей груди человека» . Природа . 406 (6797): 747–752. DOI : 10.1038 / 35021093 . PMID 10963602 . S2CID 1280204 .  
  10. ^ a b Sørlie M, et al. (2001). «Паттерны экспрессии генов карцином молочной железы различают подклассы опухолей с клиническими последствиями» . Труды Национальной академии наук . 98 (19): 10869–10874. DOI : 10.1073 / pnas.191367098 . PMC 58566 . PMID 11553815 .  
  11. ^ van't Veer LJ ; и другие. (2002). «Профилирование экспрессии генов предсказывает клинический исход рака груди». Природа . 415 (6871): 530–536. DOI : 10.1038 / 415530a . hdl : 1874/15552 . PMID 11823860 . S2CID 4369266 .  
  12. ^ ван де Вейвер MJ; и другие. (2002). «Сигнатура экспрессии гена как показатель выживаемости при раке груди». Медицинский журнал Новой Англии . 347 (25): 1999–2009. DOI : 10.1056 / NEJMoa021967 . hdl : 1874/15577 . PMID 12490681 . 
  13. ^ Ramaswamy S, et al. (2002). «Молекулярная подпись метастазов в первичных солидных опухолях». Генетика природы . 33 (1): 49–54. DOI : 10.1038 / ng1060 . PMID 12469122 . S2CID 12059602 .  
  • Гибсон, Грег; Муза, Спенсер В. (2009). Учебник по геномной науке . Сандерленд, Массачусетс: ISBN Sinauer Associates, Inc. 978-0-87893-236-8.
  • Вайнберг, Роберт А. (2007). Биология рака . Нью-Йорк: Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC. ISBN 978-0-8153-4076-8.

Ресурсы [ править ]

  • Genevestigator инструмент Новообразование является свободным и открытым инструментом доступа визуализировать экспрессию генов в более чем 1000 различных типов рака и подтипов.