Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Микрофотография, показывающая инфильтрирующие опухоль лимфоциты в случае колоректального рака с доказательством наличия MSI-H при иммуноокрашивании . Пятно H&E .

Микросателлитная нестабильность ( MSI ) - это состояние генетической гипермутабельности (предрасположенности к мутации ), которое возникает в результате нарушения репарации несоответствия ДНК (MMR). Наличие MSI представляет собой фенотипическое свидетельство того, что MMR не функционирует нормально.

MMR исправляет ошибки, спонтанно возникающие во время репликации ДНК , такие как несоответствие отдельных оснований или короткие вставки и делеции . Белки, участвующие в MMR, исправляют ошибки полимеразы , формируя комплекс, который связывается с несовпадающим участком ДНК, устраняет ошибку и вставляет правильную последовательность на ее место. [1] Клетки с аномально функционирующим MMR неспособны исправить ошибки, возникающие во время репликации ДНК, и, следовательно, накапливают ошибки. Это вызывает создание новых фрагментов микроспутников . Анализы на основе полимеразной цепной реакции могут выявить эти новые микросателлиты. и предоставить доказательства наличия MSI.

Микросателлиты - это повторяющиеся последовательности ДНК. Эти последовательности могут состоять из повторяющихся единиц длиной от одной до шести пар оснований . Хотя длина этих микросателлитов сильно варьируется от человека к человеку и влияет на индивидуальный «отпечаток пальца» ДНК, у каждого человека есть микросателлиты определенной длины. Самый распространенный микросателлит у человека - это динуклеотидный повтор нуклеотидов C и A , который встречается в геноме десятки тысяч раз. Микросателлиты также известны как простые повторы последовательности (SSR).

Пример микросателлитной нестабильности в следе электрофореграммы ДНК

Структура [ править ]

Структура микросателлитной нестабильности состоит из повторяющихся нуклеотидов, чаще всего встречающихся в виде повторов GT / CA. [2]

Исследователи еще не подтвердили точное определение структуры MSI. Хотя все исследователи согласны с тем, что микросателлиты являются повторяющимися последовательностями, длина этих последовательностей остается под вопросом. Некоторые исследования показывают, что MSI представляют собой короткие тандемные повторяющиеся последовательности ДНК от одной до шести пар оснований по всему геному, в то время как другие исследования показывают, что диапазон может быть от двух до пяти. [3]

Хотя исследователи не согласны с конкретным порогом количества тандемных повторов, составляющих микросателлит, существует консенсус относительно их относительного размера. Более длинные последовательности называются мини- сателлитами , а еще более длинные последовательности называются сателлитными участками ДНК . Некоторые ученые различают три категории по минимальному количеству пар оснований, а другие используют минимальное количество повторяющихся единиц. Большинство повторов встречаются в нетранслируемых областях, особенно в интронах.. Однако микросателлиты, которые встречаются в кодирующих областях, часто препятствуют распространению большинства последующих событий. Микросателлиты составляют примерно три процента генома человека, или более миллиона фрагментов ДНК. Плотность микросателлитов увеличивается с увеличением размера генома и в два раза больше на концах плеч хромосом, чем в телах хромосом. [4]

Форма и функция [ править ]

Компания MSI была открыта в 1970-х и 1980-х годах.

В широком смысле MSI является результатом неспособности белков репарации ошибочного спаривания (MMR) исправить ошибку репликации ДНК. Репликация ДНК происходит в «S» фазе клеточного цикла ; ошибочное событие, создающее область MSI, происходит во время второго события репликации. Исходная цепь не повреждена, но дочерняя цепь претерпевает мутацию со сдвигом рамки считывания из-за проскальзывания ДНК-полимеразы. В частности, ДНК-полимераза скользит, создавая временную петлю вставки-удаления, которая обычно распознается белками MMR. Однако, когда белки MMR не функционируют нормально, как в случае MSI, эта петля приводит к мутациям со сдвигом рамки считывания либо через вставки, либо через делеции, приводя к нефункционирующим белкам. [5]

MSI уникален для полиморфизмов ДНК тем, что ошибки репликации различаются по длине, а не по последовательности. Скорость и направление мутаций, приводящих к MSI, являются основными компонентами в определении генетических различий. На сегодняшний день ученые сходятся во мнении, что частота мутаций различается по положению локусов. Чем больше длина MSI, тем выше частота мутаций. [4]

Хотя большинство мутаций MSI являются результатом мутаций со сдвигом рамки считывания, иногда события мутации, приводящие к MSI, происходят из-за гиперметилирования промотора hMLH1 (белка MMR). Гиперметилирование происходит, когда к нуклеотиду ДНК добавляется метильная группа, что приводит к подавлению гена, что приводит к MSI. [6]

Исследователи показали, что окислительное повреждение приводит к мутациям со сдвигом рамки считывания, что приводит к MSI, но они еще не пришли к соглашению о точном механизме. Было показано, что чем больше окислительного стресса подвергается система, тем больше вероятность возникновения мутаций. Кроме того, каталаза уменьшает мутации, тогда как медь и никель усиливают мутации за счет увеличения количества пероксидов. Некоторые исследователи считают, что окислительный стресс в определенных локусах приводит к остановке ДНК-полимеразы на этих сайтах, создавая среду для проскальзывания ДНК. [7]

Исследователи сначала полагали, что MSI был случайным, но есть данные, свидетельствующие о том, что цели MSI включают растущий список генов. Примеры включают ген рецептора трансформирующего фактора роста бета и ген ВАХ . Каждая мишень приводит к разным фенотипам и патологиям. [8]

Клиническое значение [ править ]

Нестабильность микросателлитов связана с раком толстой кишки, раком желудка, раком эндометрия, раком яичников, раком гепатобилиарного тракта, раком мочевыводящих путей, раком мозга и раком кожи. MSI чаще всего ассоциируется с раком толстой кишки. Ежегодно во всем мире регистрируется более 500 000 случаев рака толстой кишки. На основании результатов более 7000 пациентов с раком толстой кишки, стратифицированных по MSI-High (MSI-H), MSI-Low (MSI-L) или Micros Satellite Stable (MSS), у пациентов с опухолями MSI-H прогноз был более положительным на 15%. по сравнению с опухолями MSI-L или MSS. [9]

Колоректальные опухоли с MSI обнаруживаются в правой толстой кишке, связаны с плохо дифференцированной тканью, высокими муциногенами, лимфоцитами, инфильтрирующими опухоль, и наличием реакции хозяина, подобной Крону. [10] [11] Опухоли MSI-H, способствующие развитию колоректального рака, демонстрируют меньше метастазов, чем другие производные колоректального рака. Это продемонстрировано предыдущими исследованиями, показавшими, что опухоли MSI-H более репрезентативны для рака стадии II, а не стадии III. [3]

Ученые исследовали связь белков вакуумной сортировки белков (VPS) с MSI. Как и MSI, VPS связан с раком желудка и толстой кишки. В одном исследовании сообщается, что белки VPS были связаны с раком MSI-H, но не с раком MSI-L, что ограничивает VPS специфическим раком MSI-H. [12]

Статус MSI-H повышает вероятность синдрома Линча , но MSI-H также может возникать у пациентов без синдрома Линча, а для подтверждения синдрома Линча требуется тестирование ДНК зародышевой линии . Синдром Линча связан с MSI и увеличивает риск рака толстой кишки, эндометрия, яичников, желудка, тонкой кишки, гепатобилиарных путей, мочевыводящих путей, мозга и кожи. [3]

В одном исследовании было проведено более 120 пациентов с синдромом Линча, приписавшего реакцию типа Крона (CLR), связанную с MSI, «опухолеспецифическими неопептидами, генерируемыми во время канцерогенеза MSI-H». Это исследование дополнительно подтвердило, что «наличие антиметастатической иммунной защиты у пациентов с MSI-H CRC может объяснить недавние открытия, что адъювантная химиотерапия 5-FU не имеет положительных или даже побочных эффектов в этом коллективе». Исследователи предполагают, что лимфоциты выполняют защитную роль против CRC MSI-H, предотвращая метастазирование опухоли. [13]

Опухоли MSI в 15% случаев спорадического колоректального рака являются результатом гиперметилирования промотора гена MLH 1, тогда как опухоли MSI при синдроме Линча вызываются мутациями зародышевой линии в MLH 1, MSH 2, MSH 6 и PMS2. [3]

MSI был очевиден в причине сальной карциномы. Карциномы сальных желез - это разновидность более крупной патологии, синдрома Мюира-Торре . MSI по-разному выражается при синдроме Мюира-Торре, чаще всего выражается с общими патологиями у пациентов с раком толстой кишки. Кроме того, белки MMR MLH 1, MSH 2, MSH6 и PMS2 играют важную роль в периокулярной сальной карциноме, которая наблюдается на веках в 40% сальных карцином. [14]

В мае 2017 года FDA одобрило иммунотерапевтическое средство под названием Keytruda ( пембролизумаб ) ( ингибитор PD-1 ) для пациентов с неоперабельными или метастатическими микросателлитными нестабильными опухолями с высокой (MSI-H) или с дефицитом репарации несоответствия (dMMR), которые прогрессировали после предшествующего лечения. Это показание не зависит от оценки экспрессии PD-L1 , типа ткани и локализации опухоли. [15]

Диагностика нестабильности микроспутников [ править ]

MSI является хорошим маркером для определения синдрома Линча и определения прогноза лечения рака. В 1996 году Национальный институт рака (NCI) провел международный семинар по синдрому Линча, который привел к разработке «Руководства Bethesda» и локусов для тестирования MSI. Во время этого первого семинара NCI согласовал пять микросателлитных маркеров, необходимых для определения присутствия MSI: два мононуклеотида, BAT25 и BAT26, и три динуклеотидных повтора, D2S123, D5S346 и D17S250. Опухоли MSI-H являются результатом MSI более 30% нестабильных локусов MSI (> 2 или более из 5 локусов). Опухоли MSI-L возникают из менее чем 30% нестабильных биомаркеров MSI. Опухоли MSI-L относятся к опухолям альтернативной этиологии. Несколько исследований показывают, что пациенты с MSI-H лучше реагируют на только хирургическое вмешательство, чем химиотерапию и хирургическое вмешательство.таким образом предотвращая ненужное прохождение пациентами химиотерапии.[3]

Обнаружение нестабильности микросателлитов методом ПЦР в реальном времени

Шесть лет спустя, во время второго семинара, организованного NCI, посвященного синдрому Линча в 2002 году, были пересмотрены рекомендации Bethesda (позже опубликованные в 2004 году [16] ), которые рекомендовали новые критерии для тестирования MSI. В частности, они определили, что пять мононуклеотидных локусов превосходят смесь моно- и динуклеотидных локусов, поскольку динуклеотидные локусы могут казаться сдвинутыми, хотя на самом деле это не так, что увеличивает вероятность ложноположительного результата MSI-H.

Первый коммерчески доступный набор был предоставлен Promega Corporation , Мэдисон, Висконсин, под названием Система анализа микросателлитной нестабильности 1.2 (RUO). С тех пор Promega MSI RUO получил широкое распространение с 2004 года: более 120 рецензируемых публикаций ссылаются на его глобальное положение в качестве золотого стандарта в определении статуса MSI раковой ткани.

Недавно на рынке были успешно представлены наборы для обнаружения MSI [1] на основе ПЦР в реальном времени . Одношаговый формат закрытой пробирки, высокая точность и чувствительность продуктов на основе ПЦР в реальном времени без какого-либо дополнительного анализа после амплификации ПЦР по сравнению с традиционными методами (ПЦР с последующим анализом фрагментов) считались критическими преимуществами.

Искусственный интеллект также использовался для прогнозирования MSI по появлению опухолей под микроскопом. [17] Цифровая патология может быть представлена ​​методами машинного обучения, а прогнозы относительно MSI могут быть сделаны без какого-либо молекулярного тестирования. [18] Эти методы еще не показали результатов, достаточных для использования в клинической практике.

Прямые и косвенные механизмы способствуют устойчивости к химиотерапии. Прямые механизмы включают пути метаболизма лекарственного средства, в то время как косвенные механизмы включают пути, которые реагируют на химиотерапевтическое лечение. Путь репарации ДНК NER играет существенную роль в обращении повреждения клеток, вызванного химиотерапевтическими агентами, такими как 5-FU. [19]

Открытия с 2010 г. [ править ]

В мае 2017 года FDA одобрило иммунотерапевтическое средство под названием Keytruda ( пембролизумаб ) ( ингибитор PD-1 ) для пациентов с неоперабельными или метастатическими микросателлитными нестабильными опухолями с высокой (MSI-H) или с дефицитом репарации несоответствия (dMMR), которые прогрессировали после предшествующего лечения. Это показание не зависит от оценки экспрессии PD-L1 , типа ткани и локализации опухоли. [20]

Исследователи обнаружили еще один MSI, называемый повышенными микросателлитными изменениями в выбранных тетрануклеотидных повторах (EMAST). Однако EMAST уникален тем, что он не является производным от MMR и обычно связан с мутациями TP53 . [5]

EMAST наблюдается при различных формах рака, включая рак легких, головы и шеи, толстой кишки, кожи, мочевыводящих путей и репродуктивных органов. Сайты внешних органов имеют больший потенциал для EMAST. Некоторые исследователи считают, что EMAST может быть следствием мутагенеза. Положительные границы EMAST в других случаях отрицательные границы рака предполагают рецидив заболевания у пациентов. [21]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Эрлих М, изд. (2000). Изменения ДНК при раке: генетические и эпигенетические изменения . Натик, Массачусетс: Eaton Publ. п. 178. ISBN 978-1-881299-19-6.
  2. ^ Schlötterer C, Harr B (март 2004). Нестабильность микроспутников (PDF) . eLS . DOI : 10.1038 / npg.els.0000840 . ISBN  978-0470016176.
  3. ^ a b c d e Бюхер Б., Каше В., Руло Е., Дьёмегард Б., Митри Е., Льевр А. (июнь 2013 г.). «Роль микросателлитной нестабильности в лечении рака прямой кишки». Заболевания органов пищеварения и печени . 45 (6): 441–9. DOI : 10.1016 / j.dld.2012.10.006 . PMID 23195666 . 
  4. ^ a b Ellegren H (июнь 2004 г.). «Микроспутники: простые последовательности со сложной эволюцией». Обзоры природы. Генетика . 5 (6): 435–45. DOI : 10.1038 / nrg1348 . PMID 15153996 . 
  5. ^ a b Боланд CR, Goel A (июнь 2010 г.). «Микросателлитная нестабильность при колоректальном раке» . Гастроэнтерология . 138 (6): 2073–2087.e3. DOI : 10,1053 / j.gastro.2009.12.064 . PMC 3037515 . PMID 20420947 .  
  6. ^ Li YC, Корол AB, Фахима T, E Нево (июнь 2004). «Микросателлиты в генах: структура, функции и эволюция» . Молекулярная биология и эволюция . 21 (6): 991–1007. DOI : 10.1093 / molbev / msh073 . PMID 14963101 . 
  7. Перейти ↑ Jackson AL, Chen R, Loeb LA (октябрь 1998 г.). «Индукция микросателлитной нестабильности путем окислительного повреждения ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (21): 12468–73. Bibcode : 1998PNAS ... 9512468J . DOI : 10.1073 / pnas.95.21.12468 . PMC 22854 . PMID 9770509 .  
  8. Перейти ↑ Imai K, Yamamoto H (апрель 2008 г.). «Канцерогенез и микросателлитная нестабильность: взаимосвязь генетики и эпигенетики» . Канцерогенез . 29 (4): 673–80. DOI : 10.1093 / carcin / bgm228 . PMID 17942460 . 
  9. ^ Popat S, Хюбнер R, Houlston RS (январь 2005). «Систематический обзор микросателлитной нестабильности и прогноза колоректального рака». Журнал клинической онкологии . 23 (3): 609–18. DOI : 10.1200 / JCO.2005.01.086 . PMID 15659508 . 
  10. ^ Маоз, Асаф; Деннис, Майкл; Гринсон, Джоэл К. (2019). «Крона-подобная лимфоидная реакция на колоректальный рак - третичные лимфоидные структуры с иммунологической и потенциально терапевтической значимостью при колоректальном раке» . Границы иммунологии . 10 : 1884. DOI : 10.3389 / fimmu.2019.01884 . ISSN 1664-3224 . PMC 6714555 . PMID 31507584 .   
  11. ^ Хильдебранд, Линдси А .; Пирс, Колин Дж .; Деннис, Майкл; Парача, Мунизай; Маоз, Асаф (21.01.2021). «Искусственный интеллект для обнаружения нестабильности микросателлитов на основе гистологии и прогнозирования ответа на иммунотерапию при колоректальном раке» . Раки . 13 (3). DOI : 10,3390 / cancers13030391 . ISSN 2072-6694 . PMC 7864494 . PMID 33494280 .   
  12. ↑ An CH, Kim YR, Kim HS, Kim SS, Yoo NJ, Lee SH (январь 2012 г.). «Мутации сдвига рамки вакуолярных генов сортировки белков при раке желудка и толстой кишки с микросателлитной нестабильностью». Патология человека . 43 (1): 40–7. DOI : 10.1016 / j.humpath.2010.03.015 . PMID 21733561 . 
  13. ^ Buckowitz А, Knaebel HP, Беннер А, Bläker Н, Gebert Дж, Кини Р, фон Кнебель Дёбериц М, М Kloor (май 2005 г.). «Нестабильность микросателлитов при колоректальном раке связана с местной инфильтрацией лимфоцитов и низкой частотой отдаленных метастазов» . Британский журнал рака . 92 (9): 1746–53. DOI : 10.1038 / sj.bjc.6602534 . PMC 2362037 . PMID 15856045 .  
  14. ^ Rajan Kd A, C Burris, Iliff N, Grant M, Eshleman JR, Eberhart CG (март 2014). «Дефекты репарации несоответствия ДНК и статус микросателлитной нестабильности в периокулярной сальной карциноме». Американский журнал офтальмологии . 157 (3): 640–7.e1–2. DOI : 10.1016 / j.ajo.2013.12.002 . PMID 24321472 . 
  15. ^ Исследования, Центр оценки лекарственных средств и. «Одобренные лекарственные препараты - FDA ускоренно одобряет пембролизумаб для первого показания, не зависящего от ткани / участка» . www.fda.gov . Проверено 24 мая 2017 .
  16. ^ Умар A, Боланд CR, Terdiman JP, Syngal S, de la Chapelle A, Rüschoff J и др. (Февраль 2004 г.). «Пересмотренное руководство Bethesda по лечению наследственного неполипозного колоректального рака (синдром Линча) и микросателлитной нестабильности» . Журнал Национального института рака . 96 (4): 261–8. DOI : 10,1093 / JNCI / djh034 . PMC 2933058 . PMID 14970275 .  
  17. ^ Хильдебранд, Линдси А .; Пирс, Колин Дж .; Деннис, Майкл; Парача, Мунизай; Маоз, Асаф (21.01.2021). «Искусственный интеллект для обнаружения нестабильности микросателлитов на основе гистологии и прогнозирования ответа на иммунотерапию при колоректальном раке» . Раки . 13 (3). DOI : 10,3390 / cancers13030391 . ISSN 2072-6694 . PMC 7864494 . PMID 33494280 .   
  18. ^ Хильдебранд, Линдси А .; Пирс, Колин Дж .; Деннис, Майкл; Парача, Мунизай; Маоз, Асаф (21.01.2021). «Искусственный интеллект для обнаружения нестабильности микросателлитов на основе гистологии и прогнозирования ответа на иммунотерапию при колоректальном раке» . Раки . 13 (3). DOI : 10,3390 / cancers13030391 . ISSN 2072-6694 . PMC 7864494 . PMID 33494280 .   
  19. ^ Duldulao MP, Lee W, Le M, Z Чен, Ли W, Ван J, Гао H, Li H, J Ким, Гарсия-Агилар J (май 2012). «Вариации экспрессии генов в микросателлитных стабильных и нестабильных клетках рака толстой кишки» . Журнал хирургических исследований . 174 (1): 1–6. DOI : 10.1016 / j.jss.2011.06.016 . PMC 3210903 . PMID 21816436 .  
  20. ^ Исследования, Центр оценки лекарственных средств и. «Одобренные лекарственные препараты - FDA ускоренно одобряет пембролизумаб для первого показания, не зависящего от ткани / участка» . www.fda.gov . Проверено 24 мая 2017 .
  21. ^ Мерритт М.А., Cramer DW, Missmer SA, Vitonis А.Ф., Titus LJ, Терри KL (март 2014). «Потребление пищевых жиров и риск эпителиального рака яичников по гистологии опухолей» . Британский журнал рака . 110 (5): 1392–401. DOI : 10.1038 / bjc.2014.16 . PMC 3950866 . PMID 24473401 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дюваль А., Хамелин Р. (2002). «Генетическая нестабильность в человеческих раковых опухолях с дефицитом репарации несоответствия». Annales de Génétique . 45 (2): 71–5. DOI : 10.1016 / s0003-3995 (02) 01115-2 . PMID  12119215 .