Перспективы эпигенетики и метилирования ДНК в диагностике и управлении женскими видами рака
|
Скачать 133.47 Kb.
|
|
Перспективы эпигенетики и метилирования ДНК в диагностике и управлении женскими видами рака. Рак молочной железы (РМЖ) – это наиболее часто встречающийся вид рака со смертельным исходом среди женщин в мире. РМЖ – сложное заболевание, демонстрирующее гетерогенность на молекулярном, гистопатологическом и клиническом уровнях. Классификация РМЖ проводится по различным схемам, аспекты которых влияют на курс лечения и прогноз реакции на терапию. Классические классификационные аспекты следующие: размер опухоли (T), состояние лимфоузлов (N), наличие отдаленных метастазов (M); гистологическая основа опухоли, иногда здесь учитываются физиологические особенности новообразования, например, воспалительная форма рака молочной железы; степень дифференцировки; рецепторный статус и, в последнее время, генетический и эпигенетический статусы. Два последних аспекта используются также как маркеры прогноза риска и раннего обнаружения опухоли и являются перспективными направлениями развития генетических и эпигенетических методов лечения. За прошедшие два десятилетия показатели выживаемости при женских видах рака (рак молочной железы, яичников, эндометрия и шейки матки) улучшали все, но успехи оказались скромными, несмотря на огромные усилия как исследовательских, так и клинических сообществ. Параллельно с этим область эпигенетики развилась с начальной стадии развития в многообещающую дисциплину. В частности, анализ метилирования ДНК был принят онкологами в стремлении улучшить понимание и лечение рака. Теперь, когда технологическая база эпигенетики наверстала упущенное, потенциал маркеров метилирования в исследованиях рака, наконец, начинает пониматься. В этом обзоре мы представляем текущий статус эпигенетических исследований женского рака, акцентируя внимание на анализе метилирования ДНК. Мы обеспечиваем краткий обзор технологического развития, существующих маркеров прогноза риска, раннего обнаружения, диагноза, прогноза и реакции на лечение, и основных моментов в развитии эпигенетических методов лечения. Наконец, мы комментируем потенциальное воздействие эпигенетических исследований на будущее женского здоровья. Эпигеном обеспечивает механизм клеточной памяти и является ключом в регуляции и расшифровке стадий нормального и патологического клеточного развития, включая фазы роста, дифференцировки, старения, созревания и иммортализации при канцерогенезе. Компоненты эпигенома: метилирование ДНК, посттрансляционные изменения гистонов и другие белковые модификации, расположение нуклеосом и некодирующие РНК (экспрессия специфических микроРНК), - действуют совместно, чтобы проявлять свои клеточные эффекты. Метилирование ДНК относится к ковалентной модификации цитозина и заключается в добавлении метильной группы к 5’-положению углерода в CpG-динуклеотидах (CpGs). Это достигается активностью одного или более ферментов ДНК – метилтрансферазы (DNMT), которая в качестве кофактора использует S-аденозилметионин. В геноме уникально распределены отрезки ДНК различной длины от 500 до 2000 пар оснований, которые богаты CpG-парами. Эти кластеры CpG-динуклеотидов известны как CpG-островки (CGIs) и собраны в пределах и вокруг промоторных областей генов млекопитающих. В нормальных клетках CpG-островки остаются неметилированными за исключением тех, где метилирование ДНК требуется для нормального эмбрионального развития, а также в инактивированной X-хромосоме и при геномном импринтинге. В общем, метилирование ДНК ответственно за контроль дифференциальной экспрессии, таким образом, характеризуя специфичность клетки и являясь одним из главных элементов контроля наследственного проявления гена. Однако эпигенетические модификации не всегда наследственны и могут быть обусловлены возрастом и средой. Метилирование ДНК при женском раке, вернее при раках груди, яичников, эндометрия и шейки матки, изучается уже в течение какого-то времени. Наблюдаемое метилирование ДНК различается в нормальных и опухолевых тканях/клетках, последние характеризуются аномальными паттернами метилирования. Первое сообщение, демонстрирующее заметные эпигенетические изменения между нормальными и опухолевыми тканями было сделано Фейнбергом и Вогельштейном, которые заметили, что геном раковых клеток гипометилирован по сравнению с нормальными тканями. Это полногеномное гипометилирование, происходящее главным образом из-за потери метилирования повторяющихся элементов, ведет к геномной нестабильности и вынужденным хромосомным перестройкам. Наиболее охарактеризованая эпигенетическая модификация, происходящая во время канцерогенеза, это метилирование de novo CpG-островков промоторных областей генов, которая коррелирует с репрессией транскрипции соответствующих генов. Исследования последних лет продемонстрировали, что каждая эпителиальная опухоль содержит приблизительно 10-15 генов-супрессоров опухоли, которые заставлены «молчать» мутациями, и несколько сотен, которые заставлены «молчать» метилированием ДНК, что демонстрирует значение этой модификации в развитии опухоли. Также становится ясно, что существует совместность действия между генетическими и эпигенетическими изменениями во время канцерогенеза, которая в настоящее время упущена двухударной моделью Кнадсона. Также, в дополнение к потере гетерозиготности или гомозиготной делеции, модель следует модифицировать включением ДНК метилирования, связанного с «молчанием» генов-супрессоров опухоли. В настоящее время предполагается, что окружающая среда регулирует генетические эффекты через эпигеном, но все еще остается неясным как именно эти эффекты «посредничают». Недавно мы предоставили доказательство для новой модели канцерогенеза. Предрасположенность репрессорного комплекса Polycomb (PRC2) в стволовых клетках к опухоль-специфичному ДНК гиперметилированию предполагает «перекрестную связь» PRC2 и de novo ДНК-метилтрансферазами в предшественниках раковых клеток с геном PRC2, аналогично тому, что наблюдается в стволовых клетках. Эта «перекрестная связь» может быть инициирована и/или облегчена разнообразными воздействиями окружающей среды, межпоколенным наследованием, эндокринными воздействиям, воспалением или возрастом. Стволовые клетки, чей потенциал к дифференцировке был безвозвратно заблокирован CpG-метилированием, предрасположены к канцерогенезу через приобретение дальнейших генетических событий, таких как мутации и делеции. Репродуктивные факторы, в частности, подверженные воздействию стероидных гормонов, кардинально вовлечены в развитие рака груди, эндометрия и яичников. Большинство исследований, объединяющих гормональные воздействия и предрасположенность к болезням через эпигеном, были выполнены, используя модели мыши. Однако мы были первой группой, продемонстрировавшей, что наличие эстрогенового рецептора (ER) в образцах рака молочной железы ассоциировано с низким метилированием генов ER. Это указывает на то что, условия, такие как увеличенная гормональная активность, есть результат повышенной транскрипции эстроген - регулирующих генов через снижение их метилирования. Поэтому, статус метилирования стероид - регулирующих генов - это потенциально отдаленный вспомогательный маркер для определения накапливающегося воздействия стероидов. Мы проверили это в исследовании «доказательства принципа», вовлекающем анализ профилей метилирования в клетках периферической крови женщин с раком молочной железы и здоровыми контрольными группами с подобранным возрастом, и нашли, что нехватка метилирования в генах эстрогеновых рецепторов связана с ER - позитивным раком молочной железы. Эта находка важна по двум причинам. Во-первых, это обеспечивает хороший пример того, как стиль жизни может в принципе оказать влияние на генную регуляцию, и, следовательно, почему и как он служит фактором риска. Во-вторых, клетки, которые не связаны с органом-мишенью (такие как лейкоциты, в данном исследовании), могут нести определенный опухоль-специфичный профиль ДНК метилирования, поэтому, ценны как диагностические или прогностические биомаркеры. Огромное преимущество маркеров, основанных на ДНК метилировании - стабильность ДНК и профиля метилирования CpG-пар. Многочисленные сообщения (ссылки на которые даны в этом обзоре), продемонстрировали, что профили метилирования могут быть обнаружены в любой жидкости организма (сыворотка/плазма, влагалищная жидкость, мазки, аспират жидкости соска и так далее), что делает маркеры метилирования привлекательными диагностическими, прогностическими и прогнозирующими инструментами. В этом обзоре мы фокусируемся на прогрессе, который был достигнут методами анализа метилома; предоставляем список обнаруженных биомаркеров для ранней диагностики рака яичников, груди, эндометрия и шейки матки; идентифицируем маркеры метилирования прогнозирующие биологию этих опухолей; обращаемся к эпигенетическим стратегиям лечения, и, наконец, выдвигаем предложения, которые могут иметь важное воздействие на будущее женского здоровья. Анализ метилома. За прошедшее десятилетие было получено значительное понимание сути вовлечения аберрантного метилирования в женский рак, что является отражением значительного прогресса технологий анализа. Начиная с использования метил-чувствительных ферментов рестрикции (MSREs) в конце 1980-х, и до капиллярного электрофореза и технологии секвенирования сегодня, разнообразие доступных методов, которыми изучают метилом, обширно. Как подраздел этого обзора невозможно обеспечить подробное описание каждой техники, и поэтому читатель направлен к некоторым детальным обзорам по методической части Эстеллер и Аммерпохл. Вместо этого определенные методологии комментируются по следующим критериям:
……………………………………………………………………………………………………... Диагностические маркеры метилирования Маркеры метилирования для диагноза гинекологического рака были описаны в различных исследованиях, но, ни один из идентифицированных маркеров не был переведен в клинику. Таблица 1 суммирует потенциальные диагностические маркеры, опубликованные в научной литературе к настоящему времени для каждой категории женских раков, упомянутых ниже. Рак груди. Критерии, в настоящее время используемые для диагноза и прогноза рака молочной железы следующие: маммография, биопсия ткани молочной железы, вызывающей подозрение (тонкоигольная биопсия), размер опухоли, ее стадия, степень дифференцировки, гистологический анализ, анализ биологической пробы ткани, определение статуса эстрогеновых и прогестероновых рецепторов, наличие или отсутствие HER2/Neu онкогена. Чтобы оценить использование маркеров метилирования в диагностике и прогнозировании риска рака груди мы выполнили обзор исследований, имеющих дело с потенциальными маркерами ДНК метилирования для диагностики и определения стадий рака молочной железы. Мы искали в PubMed с использованием следующих ключевых слов в различных комбинациях: диагностический, диагноз, маркер, биомаркер, метилирование, рак груди. В другой раз мы включили научные обзоры, суммирующие маркеры метилирования и их применение в более широком окружении. Мы идентифицировали десять исследований, которые подробно описывали потенциальные панели или единичные маркеры метилирования. Маркеры были проанализированны в различных биологических жидкостях, включая сыворотку/плазму, ДНК клеток периферической крови, жидкость аспирата/протока соска, тонкоигольные аспираты и аспираты костного мозга. Маркеры метилирования для предсказания биологии опухоли. Прогностические маркеры. Прогностические биомаркеры важны для успешного лечения многих типов гинекологического рака и указывают на необходимость вспомогательной системной и лучевой терапии. Используя ключевые слова, приведенные несколько ниже, мы идентифицировали следующие работы, описывающие прогностическое значение биомаркеров женского рака, основанных на метилировании ДНК, перечисленные в Таблице 2. Рак груди. В общей сложности было идентифицировано 12 исследований, описывающих полезное прогностическое значение маркеров метилирования ДНК (при поиске в PubMed, были использованы следующие ключевые слова: прогностический, прогноз, маркер, биомаркер, метилирование, рак груди). Тканями для исследования были как сыворотка, так и ткань опухоли молочной железы. PITX2, RASSF1A и APC были наиболее часто обнаруживаемыми генами. Единичные гены, так же как и панели генов продемонстрировали ассоциацию статуса метилирования с нормой, с абсолютной выживаемостью/смертностью, с отдаленным рецидивированием и метастазами лимфатических узлов. Маркеры прогнозирования и мониторинга реакции на терапию. Маркеры, предсказывающие и контролирующие адекватность терапии, особенно важны для больных раком, тех, кто вынужден переносить обширные системные режимы лечения, которые не являются необходимыми (рецидивы отсутствуют и без лечения) или эффективными (рецидивы наблюдаются, несмотря на лечение), или кто нуждается в повторной терапии. Невозможно отделить чистый прогностический маркер (который обеспечивает полную информацию о раке пациента, независимо от терапии) от чистого прогнозирующего маркера (который обеспечивает информацию об эффекте терапевтического вмешательства). Обзор изданной литературы снова показывает, что в настоящее время нет маркеров метилирования, которые использовались бы в клинике. Только ограниченное число исследований идентифицировало и описало потенциальные маркеры прогноза и мониторинга реакции на адекватную системную терапию. Использовались следующие ключевые слова: ответ на химиотерапию, химиотерапия, биомаркер, маркер, метилирование, рак шейки матки, рак яичников, рак молочной железы, рак эндометрия. Шесть исследований демонстрируют, что эта область находится только на начальных стадиях, и необходимо большое исследование, для дальнейшего поиска биомаркеров метилирования, предсказывающих реакцию на адекватную системную терапию. Были идентифицированы маркеры только для рака яичников и рака молочной железы. Рак груди. В сыворотке пациентов с раком молочной железы, леченных тамоксифеном, было обнаружено стабильное метилирование RASSF1A, продемонстрировавшее связь с относительным риском рецидива 5.1 и смертности 6.9. Высокие уровни метилирования NEUROD1 в биопсиях до лечения от ER-негативных раков груди демонстрировали ассоциацию с благоприятным исходом после повторной химиотерапия (увеличенная вероятность в 10.8 раз для сложного патологического ответа). Однако постоянное метилирование NEUROD1 в образцах сыворотки после лечения было ассоциировано с относительным риском рецидива 6.2 и смертности 14. Кроме того, Мартенс продемонстрировал, что гиперметилирование промотора PSAT1 предсказывает положительную реакцию на терапию тамоксифеном при раке молочной железы. Более того, Видсшвендтер и др. продемонстрировали отношение между метилированием ESR1, кодирующего ER, и CYP1B1, кодирующего цитохром P450, участвующего в метаболизме тамоксифена и эстрадиола, и клинической реакцией пациентов, леченных тамоксифеном. ……………………………………………………………………………………………………... Будущие перспективы. Несмотря на огромные исследовательские усилия нескольких десятилетий остается ясным, что биологическая сложность рака продолжает обманывать попытки полностью ликвидировать заболевание. Однако обширная информационная база предоставляет нам возможность установить новые точки отсчета в современной онкологии. Чтобы повысить уровень выживаемости от рака в сегодняшних условиях, необходимо следующее: опухоль - специфичные маркеры определения риска, которые могут также действовать как вспомогательные маркеры, контролирующие превентивные меры; маркеры ранней диагностики, прогноза и реакции на лечение; препараты, вызывающие ресенсибилизацию опухолевых клеток к традиционно используемым терапевтическим средствам. Эпигеном много обещает в будущем для решения этих проблем. Вот два примера, указывающих на то, как можно подойти к этим точкам отсчета. Во-первых, кардиологическое сообщество приняло поправку на то, что отсутствие симптомов не является гарантией сердечно - сосудистого здоровья и концепция «вспомогательных конечных результатов», была ключом к этому достижению. Кровяное давление и холестерин плазмы - клинические переменные, которые точно указывают на риск сердечно - сосудистого заболевания и позволяют контролировать превентивные меры. За редким исключением, для рака такие маркеры отсутствуют. При раке молочной железы оказывают положительное воздействие тамоксифен и/или ароматаза, даваемые спустя более 3-5 лет после завершения курса местной терапии, этот подход к лечению находится под пристальным вниманием как профилактический для первичного рака молочной железы. Мы знаем, что гормональные факторы и репродуктивная история - главные индикаторы риска для рака молочной железы, но абсолютный уровень гормонов в данном месте, в данное время очень варьирует, следовательно, ценность значения гормонального уровня (по существу) как показателя риска при раке - сомнительна. Однако мы предполагаем, что уровень метилирования генов, регулирующих стероидные гормоны, может действовать как вспомогательный маркер пожизненного гормонального статуса и оказаться более адекватным маркером прогноза риска гормон опосредованного рака с дополнительной возможностью использования для контроля профилактических антигормональных мер. Мы предполагаем здесь, что вспомогательный профиль гормонов лучше всего отражен в эпителии влагалища, единственном гормон - зависимом эпителии, который можно исследовать неинвазивными методами. Во-вторых, для трех главных гинекологических раков, то есть, рака шейки матки, эндометрия и яичников, стратегия скрининга существует только для рака шейки матки, но даже распространенный цитологический анализ имеет низкую чувствительность для неинвазивной итраэпителиальной неоплазии шейки матки, особенно при более низкой степени цитологической аномалии, известной как низкоуровневое сквамозное интраэпителиальное поражение. И в случае рака шейки матки, и в случае рака эндометрия, не рассматривается происхождение клеток. Однако накапливаются свидетельства того, что клетки дающие начало раку яичников, - не обязательно являются поверхностным эпителием яичников, но потенциально могут быть клетками Мюллерового протока (например, эндометрия или фаллопиевой трубы). Существуют убедительные доказательства того, что эпигенетические изменения, в частности, метилирование ДНК, являются самыми первыми шагами в процессе канцерогенеза. В исследовании доказательства этого принципа, выполненном нашей группой, метилирование ДНК генов HOX, регулирующих транскрипционные факторы и известных вовлеченностью в процесс гибели стволовых клеток системы Мюллеровых протоков, было проанализировано в нормальном миометрии и эндометрии женщин с раком яичников и без него. Мы продемонстрировали, что метилирование ДНК в генах HOX только в нормальном эндометрии, но не в соответствующем миометрии, было связано с риском рака яичников, и что не было никакой корреляции метилирования этих генов между эндометрием и миометрием. Это находка дает предположение о том, что может быть дефектная область в эндометрии, которая предрасполагает к возникновению рака яичников, и, что эта дефектная область может быть хорошо выражена также в эндоцервикальном железистом эпителии. Недавно мы продемонстрировали во втором исследовании доказательства принципа, используя как контрольную, так и независимую панели, что эпигенетический профиль в цервикальной мазке может указать на присутствие повреждения сквамозного эпителия с высоким уровнем дифференцировки, а до этого мы демонстрировали, что вагинальная жидкость, собранная на тампоне, указывает на присутствие рака эндометрия. Очевидно, что эпигенетический анализ женских раков в течение последних 20 лет шел в одном направлении. Однако чтобы реализовать истинный клинический потенциал текущих результатов исследований, нужен другой подход. Одно из самых важных требований в настоящее время - лучшее понимание инициирования и прогрессии рака (в частности, по отношению к раку яичников), и так как аберрантное метилирование ДНК является ранним процессом при канцерогенезе, то эпигенетический анализ женских видов новообразований несомненно облегчит эту цель. Большие клинические проспективные исследования необходимы для того, чтобы выяснить вопрос может ли эпигенетический профиль в эндоцервикальных железистых клетках, клетках от цервикального мазка и вагинальной жидкости определять риск или наличие рака яичников, шейки матки или эндометрия, соответственно. Также необходимо комбинировать находки эпигеномики с геномными и протеомными, чтобы пролить больше света на запутанные сложности развития рака. В настоящее время методология, с помощью которой изучается эпигеном, освоилась с требованиями современной эпигенетики, сейчас появились эпигенетические лекарства, с которыми можно изменить эффективность традиционной терапии, и следующие несколько лет, несомненно, окажутся захватывающим и плодотворным временем в эпигенетическом анализе женских видов рака. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 |
Брюэр Энн Двенадцать нитей днк: История, теория и практика перекодирования ДНК Для этого необходим переход к новому, «двенадцатинитевому» сознанию, подразумевающему устранение множества физических, эмоциональных... |
|
Ф. Батмангхелидж Вода натуральное лекарство от ожирения, рака, депрессии Королевского колледжа Лондонского университета. Фонд «За простоту в медицине» попросил его проанализировать мои выводы о том, что... |
|
Профилактика рака возможна! Возбудитель рака открыт ? Ростов-на-Дону Узнаете и о том, что рак, инфаркт, инсульт — это всего лишь последние стадии трихомоноза. И вы убедитесь, что способны остановить... |
|
Курсовой проект по курсу “Основы предпринимательской деятельности”... «Экономическое обоснование проведения научно-исследовательской работы “Использование методов днк-анализа для диагностики моногенных... |
|
Особенности метилирования CpG-островков генов, вовлеченных в канцерогенез Рак молочной железы (рмж) занимает первое место в структуре заболеваемости и смертности от злокачественных новообразований среди... |
 |
Заседания общественного совета при управлении министерства внутренних... ... |
|
В. К. Лавренов Природные лекарства против рака Общая редакция — председатель Общества православных врачей Санкт-Петербурга священник Сергий Филимонов |
|
К онтрольные вопросы 26 Возникновение науки об управленческих решениях и ее связь с другими науками об управлении |
|
1. Современное образование: проблемы, перспективы, задачи Современное российское образование: проблемы, перспективы, задачи, необходимость реформ, иллюзии |
|
На уроках, факультативных занятиях, управлении Наличие в общеобразовательном учреждении оргтехники и технических средств обучения |