Molecular genetic markers of ovarian cancer tumor cells and their microenvironment, study methods, and clinical value: A review

Margarita A. Kalfa; Кальфа Маргарита Алексеевна; Ilya O. Golovkin; Головкин Илья Олегович; Artem E. Lazarev; Лазарев Артем Эдуардович; Lena P. Golubinskaya; Голубинская Елена Петровна; Olga Yu. Gritskevich; Грицкевич Ольга Юрьевна; Evgenia Yu. Zyablitskaya; Зяблицкая Евгения Юрьевна

doi:10.26442/18151434.2023.3.202422

Molecular genetic markers of ovarian cancer tumor cells and their microenvironment, study methods, and clinical value: A review

Authors: Kalfa M.A.¹, Golovkin I.O.¹, Lazarev A.E.¹, Golubinskaya L.P.¹, Gritskevich O.Y.¹, Zyablitskaya E.Y.¹
Affiliations:
1. Vernadsky Crimean Federal University
Issue: Vol 25, No 3 (2023)
Pages: 308-312
Section: CLINICAL ONCOLOGY
URL: https://modernonco.orscience.ru/1815-1434/article/view/409853
DOI: https://doi.org/10.26442/18151434.2023.3.202422
ID: 409853

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Ovarian cancer (OC) is a common malignancy of the female reproductive system. In most patients, OC is diagnosed in the later stages, leading to an abysmal prognosis. The standard treatment for OC is surgery and chemotherapy; however, relapse often occurs after treatment, especially in patients with advanced disease. New therapeutic options based on advances in tumor genetics and molecular biology are needed to improve treatment outcomes. Manipulations with genes and the proteins they express, affecting oncogenesis and treatment resistance, seem promising, and proteins and gene fragments identified using molecular methods become valuable markers in the supportive pharmacodiagnosis and tailoring of complex therapy. This article describes the research achievements in genetic markers in OC.

Keywords

malignancy, tumor microenvironment, ovary, molecular biology

Full Text

Введение

Рак яичников (РЯ) является одной из ведущих причин смерти у пациенток с гинекологическими онкологическими заболеваниями в большинстве развитых стран. Согласно классификации опухоли яичников по происхождению они делятся на эпителиальные, мезенхимальные, стромальные, герминогенные, опухолеподобные образования и прочие опухоли, не относящиеся к другим перечисленным группам. На эпителиальный рак приходится до 90% всех злокачественных опухолей, остальные 10% – на другие типы, которые относятся к опухолям низкой степени злокачественности. Эпителиальный рак, в свою очередь, делится на несколько морфологических категорий: серозные карциномы, муцинозные карциномы, эндометриоидные карциномы, светлоклеточные карциномы, переходно-клеточные опухоли Бреннера, а также смешанный и недифференцированный типы [1]. Данные подтипы различаются по этиологии, морфологии, молекулярной биологии и прогнозу выживаемости пациенток, но рассматриваются как единая группа, однако существует довольно мало данных относительно дифференцировки опухолей по генетическим маркерам. Выделяют ряд биомолекул, которые могут служить критериями дифференциальной диагностики, например FOXL2 для гранулезоклеточной опухоли взрослого типа [2], DICER1 – для опухоли Сертоли–Лейдига [3], CTNNB1 – для микрокистозной стромальной опухоли [4] и SMARCA4 – для мелкоклеточной карциномы гиперкальцемического типа [5]. При своевременном лечении успешность терапии 1-й линии достигает 80–90%, при этом у большинства пациенток возникает рецидив и развивается резистентность к химиотерапии, а 5-летняя выживаемость по мировым данным составляет меньше 35% [6, 7]. Очевидно, что необходимо дальнейшее изучение как генетических факторов риска РЯ, так и резистентности к терапии для создания более совершенных тактик лечения. Стандартным лечением является циторедуктивная хирургия и комбинированная химиотерапия.

В настоящее время широко известны гены и мутации, которые могут оказывать влияние на предрасположенность к РЯ. Гены репарации ДНК – важное звено в онкогенезе; мутации, происходящие в них, могут провоцировать или поддерживать нестабильность генома, характерную для злокачественных новообразований. Важную роль в этом играют гены BRCA1 и BRCA2, а также TP53. Тем не менее существует большое количество генов, которые могут быть потенциально ассоциированы с РЯ, но для выявления роли большинства из них требуются крупномасштабные исследования. К ним относятся RAD51, HER2, система репарации неспаренных оснований (mismatch repair system – MMR) и др.

BRCA1 и BRCA2

Это основные гены, кодирующие белки-ферменты репарации ДНК. Несмотря на наличие альтернативных путей восстановления разрывов, клинически значимые мутации генов BRCA1 и BRCA2 вызывают геномную нестабильность вследствие накопления повреждений, что способствует трансформации нормальной клетки в опухолевую. Эти гены и их эффекты хорошо изучены, и разработана таргетная терапия (ТТ) ингибиторами PARP (блокаторы репаративной АДФ-рибоза-полимеразы), которая усугубляет эффект мутаций генов BRCA1 и BRCA2 для накопления мутаций и инициации гибели опухолевой клетки (убивает опухолевую клетку ее собственным инструментом трансформации). Исследование этих мутаций у женщин, заболевших РЯ, актуально в клетках здоровой ткани (крови) и во фрагментах ткани опухоли в связи с ценностью результата как для подбора терапии, так и для семейного консультирования [8–10].

RAD51

Этот белок играет главную роль в гомологичной рекомбинации во время двухцепочечных разрывов, катализируя процесс для повторного синтеза поврежденной области. Во многих исследованиях сообщается о сверхэкспрессии RAD51 при различных видах рака [11]. Вероятно, это может отражать компенсаторный механизм, для того чтобы обеспечивать повышение активности данного механизма репарации и частично справляться с избыточными повреждениями ДНК, так как в опухолевых клетках часто наблюдается дефицит различных генов репарации ДНК. Недостаточная экспрессия RAD51 сама по себе может приводить к росту числа мутаций из-за недостаточного восстановления поврежденной ДНК в процессе гомологичной рекомбинации. Ряд белков необходим для перемещения или стабилизации белка RAD51 в местах повреждения ДНК. Так, паралоги образуют 2 комплекса: BCDX2 (RAD51B–RAD51C–RAD51D–XRCC2) и CX3 (RAD51C–XRCC3); эти 2 комплекса действуют на разных стадиях при репарации ДНК. BCDX2 отвечает за привлечение и стабилизацию RAD51 в местах повреждения, а комплекс CX3 действует уже после рекрутирования RAD51 [12]. Комплекс BRCA1–PALB2–BRCA2 обладает медиаторной активностью для загрузки белка RAD51 на одноцепочечный участок ДНК, покрытый репликационным белком А (RPA), и таким образом комплекс рекрутирует RAD51 к месту репарации (рис. 1) [13, 14]. Описание рисунка дано по E. Orhan и соавт. (2021 г.) [15] с изменениями.

Рис. 1. Рекрутирование и стабилизация RAD51: RPA – репликативный белок А, предотвращающий спаривание одноцепочечных ДНК в дуплексы, так как репликация возможна только на неспаренной ДНК [15].

Fig. 1. Recruitment and stabilization of RAD51: RPA is a replicative protein A that prevents single-stranded DNA from pairing into duplexes, as replication is only possible in unpaired DNA [15].

Известно, что прямые мутации RAD51 ассоциируются со многими типами рака, в то время как мутации в паралогах RAD51 ассоциируются уже только с раком молочной железы (РМЖ) и РЯ [16]. При этом сверхэкспрессия RAD51 связана с ранним рецидивом эпителиального РЯ и резистентностью к лечению препаратами платины, а также препятствует инфильтрации цитотоксических Т-лимфоцитов опухолевой ткани. Сверхэкспрессия RAD51 связана с ранним рецидивом эпителиального РЯ и резистентностью к лечению препаратами платины, таксанами и ингибиторами PARP [17]. Сверхэкспрессия RAD51 также препятствует инфильтрации цитотоксических Т-лимфоцитов в опухолевые ткани [18]. Базальный уровень экспрессии RAD51 можно считать кандидатом на роль прогностического маркера ответа на ингибиторы PARP, поскольку его можно легко интерпретировать в клинических условиях [19].

Паралоги RAD51C и RAD51D гена RAD51

Исследование мутаций гена RAD51C показало, что связанные с неполной или полной потерей функциональности RAD51C мутации ассоциированы с риском РЯ и являются потенциальными генами предрасположенности к семейному или спорадическому РЯ. Согласно метаанализу ряд мутаций, таких как c.706-2A>G, c.577C>T (p.Arg193Ter), c.224dupA (p.Tyr75Terfs) и c.955C>T (p.Arg319Ter), ассоциированы с РЯ. Однако в метаанализе рассматриваются все случаи РЯ без разделения на гистологические подтипы [20]. Между тем в отдельных исследованиях изучаются более конкретные случаи и мутации. Так, при изучении немецкой популяции выделено 6 мутаций, ассоциированных с риском РЯ исключительно у популяции РМЖ+РЯ, а в популяции РМЖ – нет [21]. При изучении финской популяции отрицательные по мутациям BRCA1/BRCA2 мутации c.93delG и c.837+1G>A несут больший риск для популяций с семейным или спорадическим РЯ, меньший риск с семейным РМЖ+РЯ и не имеют ассоциации в популяциях с РМЖ. Среди носителей данных мутаций также чаще встречается серозный РЯ. В том же исследовании мутация c.790G>A (p.Gly264Ser) не имеет статистической достоверности, но наблюдается тенденция к риску развития РЯ [22]. В другом исследовании вариант c.790G>A (p.Gly264Ser) интерпретирован как ген, ассоциированный с риском с умеренной пенетрантностью [23]. Таким образом, можно почти с полной уверенностью утверждать, что ген RAD51C и мутации, влияющие на функциональность RAD51C, являются генами предрасположенности к развитию спорадического или семейного РЯ. Так же можно объяснить тот факт, что мутации, изучаемые в отдельных исследованиях, не встречаются в метаанализе. Поскольку в метаанализе рассматривались все случаи РЯ, мутации, которые ассоциируются с конкретным гистопатологическим типом РЯ или которые встречаются только в семейном и спорадическом РЯ без РМЖ в анамнезе, могли иметь меньший вес в общей выборке, однако они могут иметь бóльшую клиническую значимость.

Аналогично RAD15C мутации паралога RAD51D кумулятивно ассоциируются с риском РЯ, без разделения на гистопатологические подтипы и наличие семейного анамнеза. Более 80% мутаций представлены нонсенс-мутациями или сдвигами рамки считывания, наиболее часто встречаемые – c.694C>T (p.Arg232Ter), c.270_271dupTA (p.Lys91Ilefs), c.556C>T (p.Arg186Ter), c.748delC (p.His250Thrfs). Статистически данные мутации ассоциируются с высоким риском развития РЯ, кроме p.Lys91Ilefs, который считается умеренным риском у европеоидов [24]. Мутация p.Lys91Ilefs встречается чаще в азиатской популяции и несет высокий риск развития спорадического РЯ после 50 лет [20]. Согласно исследованиям in vitro клетки с дефицитом RAD51D могут быть чувствительны к PARP.

Таким образом, степень экспрессии RAD51 и наличия мутаций в паралогах RAD51C и RAD51D можно считать клинически потенциально значимыми маркерами риска развития, прогноза и терапии РЯ.

HER2

Это рецептор тироксикиназ, он напрямую не связывает лиганд, активация происходит путем гетеродимеризации с другими членами ERBB или гомодимеризации, когда концентрация HER2 высока. Среди сигналов, активирующих HER2, есть такие, как MAPK, P13K/Akt, фосфолипаза С, протеинкиназа С, STAT.

Согласно исследованиям гиперэкспрессия HER2 редко встречается при раннем РЯ, и маловероятно, что она является общим событием при раннем РЯ [25]. Согласно мета- анализу экспрессия HER2 связана с ухудшением общей выживаемости, особенно для недифференцированного РЯ, и определяется как неблагоприятный фактор рецидива или прогрессирования РЯ в европеоидной популяции [26].

Для РМЖ гиперэкспрессия HER2 – прогностический маркер, позволяющий использовать специальную ТТ [27], но считается, что при РЯ его клиническая ценность невысока, так как гиперэкспрессия HER2 редко встречается при РЯ, а ответ на ТТ – слабый или умеренный [28, 29] по сравнению с РМЖ, где чем сильнее экспрессия HER2, тем сильнее ответ на ТТ. Однако исследования in vitro показали, что клиническую значимость HER2 при РЯ нужно оценивать вместе с TP53. Предполагается, что сверхэкспрессия HER2 при РЯ с TP53(+) является незначительным дополнением тех глубоких изменений, к которым ведет мутированный TP53 в клетке, и оттого при таком молекулярном фоне эффективность ТТ, направленной на TP53, становится несущественной. Данное исследование свидетельствует о том, что трастузумаб следует назначать при TP(-)/HER2(+) РЯ для усиления чувствительности к препаратам платины. Показано также, что назначение трастузумаба при TP(+)/HER2(+) может удлинять время безрецидивного течения после завершения химиотерапии [30]. Таким образом, HER2 является клинически потенциально значимым маркером, который может повлиять на выбор тактики лечения РЯ, и стóит продолжить его изучение в расширенной выборке совместно с другими маркерами.

Система MMR

Система MMR – важный механизм обнаружения и исправления ошибок репликации ДНК, состоящий из 7 основных белков: MLH1, MLH3, MSH2, MSH3, MSH6, PMS1 и PMS2. Комплекс MMR – система взаимодействия нескольких гетеродимеров: MSH2–MSH6 (MutSα), MSH2–MSH3 (MutSβ), MLH1–PMS2 (MutLα), MLH1–PMS1 (MutLβ), MKH1–MLH3 (MutLγ) [31–34]. Специфические унаследованные или приобретенные изменения, а также эпигенетическая инактивация генов MMR связаны с микросателлитной нестабильностью (microsatellite instability – MSI). MSI – хорошо известный фактор риска развития злокачественных новообразований, но MSI также считается положительным предиктором ответа на иммунотерапию, так как делает опухоли иммуногенными из-за большого количества аберрантных антигенов, которое они продуцируют (рис. 2) [35, 36]. Описание рисунка дано по N. Pećina-Šlaus (2020 г.) [37] с изменениями.

Рис. 2. Функционирование системы MMR: MutSβ или MutSα узнают и связываются с местом несовпадения, после чего рекрутируются другие комплексы, в первую очередь MutLα (гетеродимер MLH1-PMS2), ядерный антиген пролиферирующих клеток (PCNA) и фактор репликации С (RFC). Сборка инициирует эндонуклеазную активность PMS2, которая делает одноцепочечные разрывы вблизи несоответствия и открывает сайт для входа экзонуклеазы 1 (EXO1), приводящей к окончательной диссоциации поврежденного участка ДНК, а полимераза (Pol) достраивает комплементарную цепь.

Fig. 2. MMR system function: MutSβ or MutSα recognize and bind to the mismatch site, then other complexes are recruited, mainly MutLα, proliferating cell nuclear antigen (PCNA), and replication factor C (RFC). The assembly initiates the PMS2 endonuclease activity, inducing single-strand breaks near the mismatch site, and opens the site for the entry of exonuclease 1 (EXO1), leading to the final dissociation of the damaged DNA region, and the polymerase (Pol) restores the complementary chain.

В ходе некоторых исследований установлено, что дефицит MMR чаще встречается при несерозном РЯ, а именно при эндометриоидной карциноме и светлоклеточном раке [38]. Чаще встречались мутации в генах MLH1 и MSH2 с диагностированным несерозным РЯ с ранним началом [39]. Большой интерес представляет то, что экспрессия белка MLH1 и MSH2, изучаемая по интенсивности окрашивания, различалась в зависимости от гистопатологического подтипа и стадии заболевания. Так, при серозном РЯ интенсивность была выше, а при несерозном – ниже, что соответствует наличию дефицита MMR, показанному в другом исследовании [40]. Интересен и тот факт, что в исследованиях in vitro дефицит MMR связан с резистентностью к лечению препаратами платины [31]. Однако в проведенном исследовании [40] эта связь была неявной.

Таким образом, несмотря на то что гены MMR считаются и рассматриваются как гены предрасположенности к РЯ, данные об их вкладе в риск его развития и терапевтический исход ограничены. Не ясно также, может ли иммуногистохимический метод выявления экспрессии белков MMR измерять саму активность системы MMR, поскольку потеря активности MMR связана с устойчивостью к препаратам платины в линиях опухолевых клеток, или же на устойчивость больше влияют другие факторы. Исследование указанных мутаций актуально для подбора ТТ РЯ.

Маркеры чувствительности к иммунотерапии

Традиционные методы лечения рака, такие как хирургическое вмешательство, химио-, лучевая и молекулярно- таргетная терапия, не всегда дают необходимый терапевтический эффект и длительную ремиссию. При резистентности клеток РЯ к препаратам платины, таксанам, антиангиогенной терапии РЯ считается перспективным объектом для широкого спектра направлений иммунотерапии. В стандарты лечения сегодня включено устранение иммуносупрессивных факторов (эфферентная терапия). Однако исследования иммунотерапевтических стратегий РЯ II фазы подтвердили эффективность таких направлений иммунотерапии, как усиление презентации антигенов, модуляция активности иммунного синапса, воздействие на опухоль для активации иммунного ответа [32–45]. Таким образом, поиск клинически значимых маркеров чувствительности РЯ к иммунотерапии весьма актуален. Вместе с тем солидные опухоли очень разнообразны, а их мишени-антигены обладают высокой гетерогенностью, что приводит к низкой специфичности и эффективности иммунной терапии [46]. Кроме того, микроокружение опухоли есть основной фактор прогрессирования рака, оно создает провоспалительную среду и модулирует иммунный ответ для «ухода» от воздействия иммунной системы. Следовательно, актуально искать клинически значимые маркеры чувствительности РЯ к иммунотерапии не только в самой опухоли, но и в ее микроокружении. Среди них активно изучаются следующие маркеры: HER2, VEGF-A, CD20, PD-1, системы цитокинов и многие другие [47].

Заключение

Использование методов полимеразной цепной реакции, фрагментного анализа и полногеномного секвенирования, а также иммуногистохимии и гибридизации in situ для более глубокого понимания биологии опухоли и взаимодействия между иммунной системой и трансформированными клетками открывает новые цели и стратегии в ТТ и иммунотерапии. Так, за открытие роли PD-1 в иммунном ответе исследователям присуждена Нобелевская премия [48], и иммунотерапия на основе использования рецептора PD-1 показала значительные результаты для некоторых типов рака; однако при терапии РЯ лечение оказалась эффективно только для серозных карцином высокой степени злокачественности [49].

Таким образом, реакции злокачественных опухолей на существующую терапию сильно различаются и могут быть недолговечны из-за влияния микроокружения опухолей, которое выступает в роли барьера при инфильтрации иммунокомпетентных клеток и препятствует выполнению их функции. Потребность в персонализированной медицине для повышения предсказуемости ответа на терапию и выживаемости пациентов по-прежнему актуальна. Для этого будут полезны как исследование характеристик мутаций ДНК для оценки целевых генов, так и иммуногистохимическое исследование для изучения экспрессии целевых маркеров в изучаемых тканях. Комбинированное изучение и разработка инновационных стратегий в будущем должны все больше повышать выживаемость больных РЯ.

Раскрытие интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Источник финансирования. Работа финансирована в рамках выполнения государственного задания FZEG-2023-0009 «Изучение гетерогенности микроокружения опухоли как фактора ее агрессивности и резистентности к терапии» по соглашению Минобрнауки России и ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского» №075-01400-23-00 от 29.12.2022, тема №123030700011-4 от 07.03.2023.

Funding source. The study was funded as part of the State Assignment FZEG-2023-0009, "Study of the tumor microenvironment heterogeneity as a factor of its aggressiveness and resistance to therapy," under the agreement between the Ministry of Education and Science of Russia and the V.I. Vernadsky Crimean Federal University No. 075-01400-23-00 dated 29.12.2022, topic No. 123030700011-4 dated 07.03.2023.