MOLECULAR GENETIC APPROACHES IN THE DIAGNOSIS OF LUNG CANCER

Abstract


It is an acute problem for the 21st century to find effective and inexpensive methods for early detection of lung cancer. Patients, suspected of having a malignant disease of lungs, generally undergo clinical studies such as CT scans of the chest and bronchoscopy. The latter is mainly used to confirm the diagnosis. However, even when the signs, symptoms and radiological findings indicate that clinical diagnosis of malignant lung disease is evident, additional invasive procedures for obtaining the biological material suitable for the final confirmation of the presence of malignant cells are required. Currently, there is a clear understanding of the need to find biomarkers able to detect pre-clinical stage of cancer cells using minimally invasive procedures.

В развитых странах онкологические забо- обходимость новых методов диагностики и ле- левания занимают второе место в структуре чения, что делает проблему своевременного вы- смертности. Тяжесть заболевания и низкая вы- явления предопухолевых изменений одной из живаемость при онкопатологиях связаны, пре- приоритетных задач современной медицины. жде всего, с поздним выявлением опухолей, и Диагностика с использованием биомарке- на сегодняшний день совершенно очевидна не- ров является наиболее распространенным меjл,…,че“*= C!=*2,*= 13-4, 2015 http://clinpractice.ru 85 nKƒ%!/ тодом ранней диагностики рака. Биомаркеры - это набор биологических метрик, соответ- ствующих уровням определенных белков, экс- прессии генов, характеристикам генетических локусов или активности ферментов, характе- ризующих состояние организма. Известные маркеры опухолей, например, раково-эмбри- ональный антиген (РЭА), нейронспецифичес- кая енолаза (NSE) и фрагмент цитокератина 19 (Cyfra-21-1), недостаточно чувствительны и специфичны. Чувствительность онкомар- керов нового поколения - молекулярно-гене- тических и эпигенетических, намного выше традиционных цитогенетических, биохими- ческих и иммунохимических. Одними из та- ких маркеров являются метилированные про- моторы генов-регуляторов и гены микроРНК, нарушение экспрессии которых способствует опухолеобразованию. Профили метилирования генов и экспрес- сии микроРНК являются высокоспецифич- ными для рака легкого, простаты, толстого кишечника, почки, яичников, молочной желе- зы и т.д., и их гистологических подтипов, что обусловило высокий интерес исследователей к данной тематике. Выявление онкомаркеров нового поколения является предметом много- летних и крупномасштабных научных иссле- дований разных исследовательских групп по всему миру. В разных областях появляются данные об использовании маркеров метилиро- вания (mSHOX2 для рака легких и mSEPT9 для колоректального рака), маркеров экспрессии (PCA3 для рака простаты) и других неинва- зивных методов диагностики, но исследова- тельские работы по поиску и использованию онкомаркеров нового поколения на данном этапе отличаются значительной вариабельно- стью результатов. Существующие маркеры нового поколения были обнаружены с помощью микрочиповых технологий в 2002-2004 гг., 6-10 лет понадо- билось на валидацию, клинические испытания и одобрение тест-систем для клинического использования, эти маркеры были получены с помощью статистического анализа данных первичных измерений и не отражают меха- низмы процессов, приводящих к развитию патологии. Поэтому данные маркеры не уни- версальны и обладают достаточно скромными характеристиками чувствительности и спе- цифичности, что диктует необходимость дальнейшей разработки маркеров с использовани- ем подходов системной биологии. Крупные мировые научные центры запустили проекты по поиску онкомаркеров с использованием широкого спектра технологий массового па- раллельного секвенирования, в данный мо- мент идет накопление данных по большому количеству пациентов (до 500-600 образцов), анализируются экзомы, транскриптомы, мети- ломы, частично геномы и т.д., что позволит по- дойти к проблеме обнаружения биомаркеров с позиций глубокого анализа биологических взаимодействий в клетке. Консорциумы пла- нируют завершение первичного накопления данных к 2015-2016 гг., обработку данных в 2015-2017 гг. и начало валидации новых мар- керов в 2017 г, что позволит к 2020 г. выйти на растущий рынок ДНК-диагностики с новыми готовыми продуктами. Фундаментальные исследования в России по ряду направлений (например, лейкозы) не уступают мировому уровню, по ряду других патологий запускаются проекты, но отстава- ние от мировых достижений составляет 3-5 лет. И хотя большое число работ по поиску биомаркеров проводится с использованием со- временных методов анализа (секвенирование нового поколения, протеомика, метаболоми- ка), формируются международные коллекти- вы для анализа современных больших масси- вов экспериментальных данных, по-прежнему существуют проблемы с этапами валидации, внедрения и производства тест-систем. Рос- сийские работы уступают по количеству па- циентов (как правило, до 50-100 образцов), охвату омиксных данных (анализируется 1-2 параметра) и глубине анализа, хотя именно России принадлежит лидерство в области ин- струментов для системной биологии (три из пяти лидирующих в мире программных про- дукта имеют российские корни - MetaCore, BioUML, GeneXplain). Несмотря на достаточно большое количе- ство лабораторий, получение патентов на па- нели маркеров, регистрацию новых медицин- ских технологий и высокую фундаментальную значимость полученных результатов, ни одна из отечественных оригинальных разработок не дошла до стадии производства тест-систем и внедрения в практическое здравоохранение в значимых масштабах. Связано это как с отсут- ствием длительных клинических испытаний, 86 jл,…,че“*= C!=*2,*= 13-4, 2015 http://clinpractice.ru nKƒ%!/ требуемых для получения регистрационных удостоверений, так и с низкими реальными показателями чувствительности и специфич- ности, а также слабым взаимодействием ин- ститутов с организациями-производителями тест-систем. Основная причина подобного положения дел - недостаточный уровень сотрудничества научных учреждений с клиническими, что приводит к низкому качеству формируемых выборок и ненадежному результату. Почти полностью отсутствует взаимодействие фун- даментальной науки с технопарками, что дела- ет неразрешимой задачу получения и закреп- ления патентного приоритета пригодных для внедрения результатов в этой области. Лаборатория генетики Центра биомеди- цинских технологий ФНКЦ ФМБА России была создана для объединения имеющихся клинических, технологических и кадровых ресурсов для выполнения исследований в об- ласти разработки новых молекулярно-генети- ческих подходов к диагностике онкопатологий и создания неинвазивных методов генетичес- кого профилирования опухолей. В настоящее время ведется разработка малоинвазивного способа ранней диагностики рака легкого. Проведение этого исследования позволит раз- работать способ ранней малоинвазивной диа- гностики рака легкого, основанного на изме- нении статуса метилирования CpG-островков, перекрывающих промоторные участки генов, вовлеченных в патогенез рака легкого. Полу- ченные в процессе исследования данные о за- висимостях между статусом метилирования изучаемых генов и клинико-патологическими свойствами опухоли легкого позволят осуще- ствить построение прогностической модели онкозаболевания и выявлять опухоли с мета- статическим потенциалом. Рак легких является ведущей причиной смерти от рака у мужчин и женщин. Во всем мире на онкопатологию легких приходится около 13% всех случаев рака; ежегодно диагно- стируется более 1,1 млн случаев рака легких. Как правило, рак легких наиболее распростра- нен в развитых странах, особенно в Северной Америке и Европе, и менее распространен в развивающихся странах, особенно в Африке и Южной Америке (Boffetta P. and Parkin D.M., 1994). В России рак легкого занимает первое место, как в общей структуре онкологических заболеваний, так и среди злокачественных опухолей у мужчин. Симптомы рака легких характерны для мно- гих заболеваний органов дыхания. Тяжесть за- болевания и низкая выживаемость при раке легких связаны, прежде всего, с несвоевремен- ной диагностикой и запущенностью процесса. В прошлом наблюдалась высокая заболе- ваемость онкопатологией легких в городских районах, что приводило к мысли о загрязне- нии воздуха как причине «эпидемии» рака легких. (Stocks P. and Campbell J.M., 1955). В современном понимании общей детерминан- ты риска развития рака легких наблюдается зависимость от различных канцерогенных воздействий - физических, таких как ионизи- рующее излучение, химических - компоненты табачного дыма, афлотаксины и т.п., и био- логических, например - инфекций. Немало- важную роль играют факторы, определяющие индивидуальную восприимчивость человека, в том числе - генетическую предрасположен- ность (Hussain S.P. and Harris C.C., 1998). Кро- ме того, повышенная восприимчивость к раку легких может быть следствием заболевания легких, таких как хроническая обструктивная болезнь легких или фиброзные заболевания (Cotran R.S., et al., 1994). В целом, масштабы постоянно увеличива- ющихся случаев заболевания раком легких могут быть обусловлены увеличением потре- бления сигарет и числа курящего населения и, как следствие, постоянного воздействия на легкие ингаляционных канцерогенов. По дан- ным ВОЗ, употребление табака является са- мым значительным фактором риска развития рака легких и приводит примерно к 70% слу- чаев смерти от рака легких (ВОЗ, 2014). Так, во всем мире 5,4 миллиона человек умирают ежегодно от рака легких, ассоциированного с курением (World Health Organization, 2008). Кроме того, не стоит забывать про так назы- ваемое «пассивное курение», увеличивающее риск развития рака легких и для некурящего населения. Своевременная диагностика рака легких осложнена из-за различных форм данной он- копатологии. Так, одни формы характеризу- ются чрезвычайно высокой агрессивностью, другие показывают очень скудную клиничес- кую картину, не позволяющую в течение дли- тельного периода, иногда до нескольких лет, jл,…,че“*= C!=*2,*= 13-4, 2015 http://clinpractice.ru 87 nKƒ%!/ обнаружить хоть сколько-нибудь выраженные симптомы заболевания. Важно, что выявление рака легких на 1-й клинической стадии подни- мает 5-летнюю выживаемость пациентов с 10- 15% до 70% (Hoffman P.C., et al., 2000). В настоящее время стандартная диагности- ка рака легких основана на рентгеновском об- следовании, выявляющем опухоль размером от 1 см. Являющиеся «золотым стандартом» цито- лого-гистологические методы с получением материала с помощью бронхоскопии (брон- хиальный смыв) и процедуры тонкоиголь- ной аспирации широко используются из-за легкости получения образца и минимальной травмы для пациентов. Кроме того, во многих случаях образец для исследования, получен- ный этими методами, является единственным доступным материалом для диагностики рака легких. К сожалению, как показывает практи- ка, в отличие от резекционного материала, при недостаточном количестве ткани существует риск неправильной классификации, в связи с малочисленностью опухолевых клеток и от- сутствием тканевой архитектуры (Field R.W., et al., 2004; Jorda M., et al., 2009; Khayyata S., et al., 2009; Stoll L.M., et al., 2010). Для устранения недостатков инвазивных методов диагностики необходимо лучшее по- нимание механизмов, лежащих в основе зло- качественного фенотипа рака легких, которое позволило бы выявлять его на доклинических стадиях. Кроме того, в силу неоднородности рака легких, необходима четкая идентифика- ция его подтипа, существенно влияющего на стратегию лечения пациентов с первичным ра- ком легкого. Злокачественная трансформация является процессом, при котором клональная популя- ция клеток приобретает изменения, которые придают преимущество роста по сравнению с нормальными клетками. Многие из этих изме- нений происходят на генетическом уровне по- средством усиления функции онкогенов или потери функции генов-супрессоров опухолей. В связи с чем становится возможным разра- ботка методов малоинвазивной диагностики на основе генетических методов. Известно, что геном опухолевой клетки от- личает специфическое гиперметилирование регуляторных CpG-островков генов-супрессо- ров опухолевого роста (Jones and Baylin, 2007; Berdasco and Esteller, 2010). Полногеномный скрининг метилированных CpG-островков показывает, что в некоторых видах опухолей гиперметилирование промоторных участков может затронуть 100-400 генов, вовлеченных в контроль клеточного цикла, апоптоза, ответа на ростовые сигналы, детоксикации, диффе- ренцировку (Esteller, et al., 2007). К тому же, гиперметилирование ДНК в опухолевом про- цессе может являться тканеспецифическим событием, затрагивающим как отдельные гены, так и целые ансамбли генов, формируя спе- цифичный портрет опухоли. Для приме- ра, ген GSTP1, гиперметилированный в боль- шинстве опухолей простаты, причем только в злокачественных (Jeronimo et al., 2001), мень- ше подвержен метилированию в опухолях молочной железы (Esteller et al., 2001) и не метилирован в опухолях других локализаций (Fraga et al., 2004). Гиперметилирование ряда генов характерно для злокачественных ново- образований широкой локализации, например RASSF1A (Pfeifer and Dammann, 2005). Кроме того, профиль метилирования генов в опухо- лях может быть использован как маркер для определения типа новообразования, прогно- за заболевания и ответа на терапию (Mulero- Navarro and Esteller, 2008; Rodriguez-Paredes and Esteller, 2011). В настоящее время неуклонно растет ко- личество данных, указывающих, что эпигене- тические события связаны чуть ли не с каж- дым шагом развития и прогрессии опухоли, чтоприводит к осознанию того, что эпигене- тические изменения в совокупности с генети- ческими нарушениями играют важную роль в инициации и прогрессировании опухолей человека (Baylin S.B. and Herman J.G., 2002). Считается, что эпигенетические изменения происходят на раннем этапе развития опухоли и могут предшествовать генетическим измене- ниям, предоставляя, тем самым, возможности ранней диагностики, профилактики и разра- ботки эпигенетических биомаркеров (Belinsky S.A., 2004). Появление современных техноло- гий обнаружения эпигенетических изменений во всем геноме является перспективным для разработки биомаркеров рака на ранних, до- клинических стадиях (Deng D., et al., 2010). Итак, инактивация генов-супрессоров опу- холи через метилирование их промоторов яв- ляется отличительным событием при раке лег- 88 jл,…,че“*= C!=*2,*= 13-4, 2015 http://clinpractice.ru nKƒ%!/ Гены, часто метилированные при раке легкого Таблица 1. Ген Хромосомная локализация Функция гена Частота метилирования при НМКРЛ, % RASSF1A 3p21.31 Участие в клеточном цикле, апоптозе и стабилизации микротрубочек. 25-45 (Heller G., et al., 2010; Chen C., et al., 2011) DAPK 9q21.33 Участие в сигнальных путях апоптоза 16-45 (Heller G., et al., 2010; Chen C., et al., 2011) RARb 9p24.2 Участие в клеточном росте и дифференциации 26-45 (Chen C., et al., 2011) CDKN2A/ p16INK4a 9.21.3 Участие в остановке клеточного цикла в G1/S фазе 22-47 (Heller G., et al., 2010; Chen C., et al., 2011) FHIT 3p14.2 Регуляция генов, необходимых для клеточного деления и индукции апоптоза 34-47 (Heller G., et al., 2010; Chen C., et al., 2011) APC 5q22.2 Участие в миграции клеток и адгезии, активации транскрипции и апоптозе Негативный регулятор Wnt 30-96 (Heller G., et al., 2010; Chen C., et al., 2011) SHOX2 3q25.32 Участие в росте и дифференцировке клеток 91-95 (Schmidt B., et al. 2010; Schneider K.U., et al. 2011) CDH1 16q22.1 Регуляция клеточной адгезии, роста и деления 12-58 (Heller G., et al., 2010; Chen C., et al., 2011) GSTP1 11q13.2 Кодируют ферменты системы детоксикации ксенобиотиков 15 (Chen C., et al., 2011) DAL1 18p11.31 Участие в остановке клеточного цикла и апоптозе 55-57 (Heller G., et al., 2010) кого и происходит на ранних этапах (Belinsky S.A., et al. 2005; Zochbauer-Muller S., et al. 2002). В предраковых и злокачественных состояниях часто наблюдается метилирование промотор- ных районов генов, связанных с ключевыми функциям, такими, как контроль клеточного цикла, пролиферации, апоптоза, клеточной адгезии, подвижности и репарации ДНК. Для ряда генов, приведенных в таблице 1, показано частое метилирование промоторных районов при немелкоклеточном раке легких (НМРЛ). Инактивация гена p16/INK4a посредством метилирования, мутирования или делеции является ранним событием в развитии рака легких (Kersting M., et al., 2000). Интерес- но, что некоторые исследователи наблюда- ли, что курение может привести к эпигенетической инактивации гена p16/INK4a при НМРЛ (Yanagawa N., et al., 2002). Ген p14ARF инактивируется значительно реже - от 8% до 30% (Fischer J.R., et al., 2007; Toyooka S., et al., 2011). Для гена RASSF1A делеция или мети- лирование происходит в 30-40% случаях при немелкоклеточном раке легкого и в 70-100% при мелкоклеточном раке легкого (Toyooka S., et al., 2011). Гиперметилирование промо- тора гена FHIT при раке легких коррелиру- ет с постановкой диагноза «рак», сосудистой инвазивностью и прогнозом (Tomizawa Y., et al., 2004; Maruyama R., et al., 2004), а оценка инактивации путем делеции или метилиро- вания достигает 70% при немелкоклеточном раке легкого и 50-80% при мелкоклеточном раке легкого (Toyooka S., et al., 2011). Гипермеjл,…,че“*= C!=*2,*= 13-4, 2015 http://clinpractice.ru 89 nKƒ%!/ тилирование гена CDKN2A может произойти в начале развития некоторых видов рака лег- ких и выявляется в предраковых состояниях (Belinsky S.A., 2005). Кроме того, было показа- но, что метилирование промоторных районов генов RASSF1A и APC было связано с первым этапом НМРЛ (Lin Q., et al., 2009). Стоит от- метить, что некоторые эпигенетические изме- нения были характерны при раке легких толь- ко в биологических образцах курильщиков. Так, у курильщиков наблюдается метилирова- ние промоторных районов генов APC, FHIT и RASSF1A (Kim D.H., et al., 2001; Toyooka S., et al., 2003; Toyooka S., et al., 2004; Feng Q., et al., 2008). А экспрессия гена RARb2 часто снижа- лась в эпителии бронхов курильщиков. Также аберрантное метилирование этого гена значи- тельно коррелирует с курением у пациентов с НМРЛ (Tomizawa Y., et al., 2004). Кроме того, частота метилирования промоторных районов генов p16INK4a, RASSF1A и FHIT была боль- ше у курильщиков при немелкоклеточном раке легкого относительно некурящих (Kim D.H., et al., 2001; Kim H., et al., 2004; Vaissiere T., et al., 2009; Buckingham L., et al., 2010). Также, было показано увеличение уровня метилирования генов RARb, p16INK4a, FHIT и RASSF1A с увеличением интенсивности курения (Kim D.H., et al., 2001; Hong Y.S., et al., 2007; Andujar P., et al., 2010; Yanagawa N., et al., 2011). Однако нет никаких существенных различий по уров- ням метилирования ДНК между мелкоклеточ- ным раком легких и НМРЛ, а так же между двумя основными подтипами НМРЛ, плоско- клеточным раком и аденокарциномой (Girard L., et al., 2000). Особо стоит отметить, выявление аберрант- ного метилирования ДНК в мокроте (Machida E.O., et al. 2006; Leng S., et al., 2012), бронхо- альвеолярном аспирате (Grote H.J., et al. 2004; Kim H., et al., 2004; de Fraipont F., et al., 2005; Schmiemann V., et al., 2005; Dietrich D., et al., 2012) и cлюне (Hu Y.C., 2002; Simkin M., et al., 2012) у пациентов с раком легких, что делает это событие интересным с диагностической точки зрения. Так, клетки с аномальным мети- лированием генов были обнаружены в мокро- те субъектов перед постановкой диагноза рака легких (Palmisano W.A., et al., 2000; Belinsky S.A., 2004). Для примера, метилирование гена CDKN2A было обнаружено в мокроте пациен- та за 3 года до постановки диагноза рака легких (Palmisano W.A., et al. 2000), и генов p16INK4a, DAPK и RASSF1A за 18 месяцев до постанов- ки диагноза рака легких (Belinsky S.A., 2006). В настоящее время единственным доступ- ным инструментом для выявления рака лег- ких на доклинической стадии является ком- мерческая тест-система компании Epigenomics AG на основе эпигенетического маркера гена SHOX2. Данная тест-система продемонстри- ровала хорошую чувствительность (68%-78%) и специфичность (95%-96%) при НМРЛ (AUC, 86%-94%) (Schmidt B., et al., 2010; Dietrich D., et al., 2012). Причем, в качестве биологическо- го образца пациента с подозрением на рак лег- ких используется бронхоальвеолярный аспи- рат, полученный малоинвазивным методом. Следует сказать, что для того, чтобы повы- сить качество диагностики, нередко исполь- зуют несколько маркеров. Так, панель мар- керов на основе гиперметилирования генов p16, TERT, WT1, и RASSF1 из бронхиально- го аспирата позволяла выявлять рак легких с чувствительностью 82% и специфичностью 91%. Для сравнения, цитологическими метода- ми при тех же условиях выявлялось 43% опу- холей, при 100% специфичности (Nikolaidis G., et al., 2012). Все вышесказанное указывает на огромную перспективу использования таких маркеров для доклинической диагностики, с целью от- бора групп риска возникновения рака легких. Не так давно появился новый класс онко- маркеров - микроРНК, играющих огромную роль в развитии злокачественных новообразо- ваний (Calin G.A. and Croce C.M., 2006; Farazi T.A., et al., 2011), главным образом -посред- ством регуляции экспрессии протоонкогенов и онкосупрессоров (Esquela-Kerscher A., 2006). Биоинформационные данные указывают на то, что одна микроРНК может связываться примерно с сотней целей мРНК и, таким об- разом, играет важную роль в различных био- логических процессах. К примеру, mir-21 регу- лирует PTEN и PDCD4, проапоптотический ген, снижение экспрессии которого связано с неблагоприятным прогнозом для пациентов с аденокарциномами легкого (Mudduluru et al., 2007). Эта же микроРНК участвует в регуля- ции транскрипционного фактора AP-1, влия- ющего на экспрессию членов семейств c-Fos, c-Jun, ATF и JDP, регулирующих процессы дифференцировки, пролиферации и апоптоза 90 jл,…,че“*= C!=*2,*= 13-4, 2015 http://clinpractice.ru nKƒ%!/ (Talotta et al., 2009). Также микроРНК может выступать в качестве онкогенов или опухо- левых супрессоров (Ha T.Y., 2011), а подмно- жество этих микроРНК - показывать значи- тельную тканевую специфичность (Lu J., et al., 2005). Так, для онкопатологий разной ло- кализизации были описаны различия в про- филях экспрессии генов микроРНК между опухолевой и здоровой тканью. Эти профили имеют опухоль-специфичекий характер и ча- сто ассоциированы с клинико-патологически- ми свойствами опухоли (Calin and Croce, 2006; Esquela-Kerscher and Slack, 2006). Например, mir-205 служит полезным маркером, отлича- ющим ПРЛ от других подтипов НМРЛ, с чув- ствительностью 96% и специфичностью 90%, в том числе, гистологически трудно верифици- руемых образцов (Lebanony et al, 2009). В настоящее время существует огромное количество данных, показывающих надежную связь между микроРНК и раком (Calin G.A. and Croce, 2006), которые открывают возмож- ность разработки новых методов диагностики, оценки риска, прогноза и лечения с использо- ванием микроРНК. Так, высокий уровень экс- прессии let-7a-2 и низкая экспрессия miR-155 позволили различать образцы ткани легкого с раком и без него (Yanaihara N., et al., 2006). Позже в плазме крови и сыворотке были най- дены стабильные циркулирующие микроРНК (Mitchell P.S., et al., 2008), кроме того, были идентифицированы новые микроРНК, при- годные в качестве биомаркеров для НМРЛ (Zheng D., et al., 2011; Foss K.M., et al., 2011; Boeri M., et al., 2011). Также, установлено, что в слюне содержится много микроРНК, которые могут быть использованы в качестве биомар- керов для обнаружения рака легких (Xie Y., et al., 2010). Например, избыточная экспрес- сия miR-21, miR-200b и miR-375, в сочетании с пониженным уровнем miR-486, способна различать больных с аденокарциномой и ин- дивидуумов без онкопатологии в анамнезе с чувствительностью 80% и специфичностью 91,7% (Xie Y., et al., 2010), в то время как пода- вление miR-205, miR-210 и miR-708 предска- зывает плоскоклеточный рак с чувствительно- стью 73% и специфичностью 96%(Xie Y., et al., 2010). Другой онкомаркер, на основе измене- ния экспрессии miR-34, способен обнаружить немелкоклеточный рак легкого уже на ранних этапах у лиц без выраженных симптомов за- болевания с 80% точностью (Bianchi F., et al., 2011). Кроме того, умение различать раковые и нормальные состояния с помощью микроРНК, может также помочь в классификации пато- логии легких. Количество работ, посвящен- ных выявлению различий при разных этапах онкопатологии легких на основе изменения экспрессии микроРНК, неуклонно растет (Lebanony D., et al., 2009; Landi M.T., et al., 2010). Способность правильно классифицировать различные типы онкопатологии имеет чрезвы- чайно важное значение, поскольку это влия- ет на выбор оптимальной стратегии лечения. Так, профили экспрессии генов микроРНК позволяют различить типы опухолей легкого (мелкоклеточный рак от немелкоклеточно- го) и подтипы НМРЛ - АД от ПРЛ (Wu et al., 2011), выявить заболевание на ранней стадии по анализу этих маркеров в плазме крови (Ren Y., et al., 2011), выделить группы пациентов с плохим прогнозом выживаемости после ради- кального лечения (Jassem and Skrzypski, 2012). Кроме того, системы онкомаркеров на основе профилей экспрессии микроРНК способны дифференцировать опухоли по метастатичес- кому потенциалу (Barshack I., et al., 2010). Заключение Итак, пугающие масштабы постоянно уве- личивающейся заболеваемости раком легких, отсутствие надежных малоинвазивных диа- гностических систем и, как следствие, высо- кая смертность среди населения, ставят задачу поиска решений для выявления рака легких на доклинических стадиях на приоритетное место современной онкологии. Совершенно очевидна необходимость постановки диагноза на ранних стадиях онкозаболевания. Все это заставляет обратиться к молекулярно-гене- тическим методам, позволяющим не только обойти ограничения классических методов, но и привнести в диагностику новый уровень комплексности, позволяя оценить такие кли- нико-патологические показатели, как стадию заболевания, оценку риска развития метаста- зов, ответа на химиотерапию и общий прогноз болезни.

D S Khodyrev

A G Nikitin

Email: avialn@gmail.com

N S Kulagina

A V Averyanov

Email: averyanovav@mail.ru

  1. ВОЗ, информационный бюллетень №297. 2014.
  2. Andujar P., Wang J., Descatha A., et al. p16INK4A inactivation mechanisms in non-small-cell patients with lung cancer occupationally exposed to asbestos. Lung Cancer. 2010. 67. 23-30.
  3. Barshack I., Lithwick-Yanai G., Afek A., et al. MicroRNA expression differentiates between primary lung tumors and metastases to the lung. Pathol. Res. Pract. 2010. 206(8). 578-584.
  4. Baylin S.B., Herman J.G. DNA hypermethylation in tumorigenesis: Epigenetics joins genetics. Trends Genet. 2000. 16. 168-174.
  5. Belinsky S.A. Gene-promoter hypermethylation as a biomarker in lung cancer. Nat. Rev. Cancer. 2004. 4.707-717.
  6. Belinsky S.A., Klinge D.M., Dekker J.D., et al. Gene promoter methylation in plasma and sputum increases with lung cancer risk. Clin. Cancer Res. 2005. 11. 6505-6511.
  7. Belinsky S.A., Liechty K.C., Gentry F.D., et al. Promoter hypermethylation of multiple genes in sputum precedes lung cancer incidence in a high-risk cohort. Cancer Res. 2006. 66. 3338-3344. 10. 600.
  8. Berdasco M., Esteller M. Aberrant epigenetic landscape in cancer: how cellular identity goes awry. Dev. Cell. 2010. 19. 698-711.
  9. Bianchi F., Nicassio F., Marzi M., et al. A serum circulating miRNA diagnostic test to identify asymptomatic high-risk individuals with early stage lung cancer. EMBO Mol. Med. 2011. 3(8). 495-503.
  10. Boeri M., Verri C., Conte D., et al. MicroRNA signatures in tissues and plasma predict development and prognosis of computed tomography detected lung cancer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. 108(9). 3713-18.
  11. Boffetta P., Parkin D.M.: Cancer in developing countries. C.A. Cancer J. Clin. 1994. 44.81-90.
  12. Buckingham L., Penfield Faber L., Kim A., et al. PTEN, RASSF1 and DAPK site-specific hypermethylation and outcome in surgically treated stage I and II nonsmall cell patients with lung cancer. Int. J. Cancer. 2010. 126. 1630-1639.
  13. Calin G.A., Croce C.M.: MicroRNA signatures in human cancers. Nat. Rev. Cancer. 2006. 6. 857-866.
  14. Chen C., Yin N., Yin B., et al. DNA methylation in thoracic neoplasms. Cancer Lett. 2011. 301. 7-16.
  15. Cotran R.S., Kumar V., Robbins S.L. (eds): Robbins Pathologic Basis of Disease (5th ed). Philadelphia: WB Saunders. 1994.
  16. de Fraipont F., Moro-Sibilot D., Michelland S., et al. Promoter methylation of genes in bronchial lavages: a marker for early diagnosis of primary and relapsing non-small cell lung cancer? Lung Cancer. 2005. 50. 199-209.
  17. Deng D., Liu Z., Du Y. Epigenetic alterations as cancer diagnostic, prognostic, and predictive biomarkers. Adv. Genet. 2010. 71. 125-176.
  18. Dietrich D., Kneip C., Raji O., et al. Performance evaluation of the DNA methylation biomarker SHOX2 for the aid in diagnosis of lung cancer based on the analysis of bronchial aspirates. Int. J. Oncol. 2012. 40. 825-832.
  19. Esquela-Kerscher A., Slack F.J. Oncomirs: microRNAs with a role in cancer. Nat. Rev. Cancer. 2006. 6. 259-269.
  20. Esteller M. Cancer epigenomics: DNA methylomes and histone-modification maps. Nat. Rev. Genet. 2007. 8. 286-298.
  21. Esteller M., Corn P.G., Baylin S.B., et al. A gene hypermethylation profile of human cancer. Cancer Res. 2001. 61. 3225-3229.
  22. Farazi T.A., Spitzer J.I., Morozov P., et al.: miRNAs in human cancer. J. Pathol. 2011. 223. 102-115.
  23. Feng Q., Hawes S.E., Stern J.E., et al. DNA methylation in tumor and matched normal tissues from non-small cell patients with lung cancer. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prevent. 2008. 17. 645-654.
  24. Field R.W., Smith B.J., Platz C.E., et al.: Lung cancer histologic type in the surveillance, epidemiology,and end results registry versus independent review. J. Natl.Cancer Inst. 2004. 96. 1105-1107.
  25. Fischer J.R., Ohnmacht U., Rieger N., et al. Prognostic significance of RASSF1A promoter methylation on survival of non-small cell patients with lung cancer treated with gemcitabine. Lung Cancer. 2007. 56. 115-123.
  26. Foss K.M., Sima C., Ugolini D., et al. miR-1254 and miR-574-5p: serum-based microRNA biomarkers for early-stage non-small cell lung cancer. J. Thorac. Oncol. 2011. 6(3). 482-488.
  27. Fraga M.F., Herranz M., Espada J., et al. A mouse skin multistage carcinogenesis model reflects the aberrant DNA methylation patterns of human tumors. Cancer Res. 2004. 64. 5527-5534.
  28. Girard L., Zochbauer-Muller S., Virmani A.K., et al. Genome-wide allelotyping of lung cancer identifies new regions of allelic loss, differences between small cell lung cancer and nonsmall cell lung cancer, and loci clustering. Cancer Res. 2000. 4894-4906.
  29. Grote H.J., Schmiemann V., Kiel S., et al. Aberrant methylation of the adenomatous polyposis coli promoter 1A in bronchial aspirates from patients with suspected lung cancer. Int. J. Cancer. 2004. 110. 751-55.
  30. Ha T.Y.: MicroRNAs in human diseases: from cancer to cardiovascular disease. Immune Netw. 2011. 11.135-154.
  31. Heller G., Zielinski C.C., Zochbauer-Muller S. Lung cancer: from single-gene methylation to methylome profiling. Cancer Metastasis Rev. 2010. 29. 95-107.
  32. Hoffman P.C., Mauer A.M., Vokes E.E. Lung cancer. Lancet. 2000. 355.479-485.
  33. Hong Y.S., Roh M.S., Kim N.Y., et al. Hypermethylation of p16INK4a in Korean non-small cell patients with lung cancer. J. Korean Med. Sci. 2007. 22.S32-37.
  34. Hu Y.C., Sidransky D., Ahrendt S.A. Molecular detection approaches for smoking associated tumors. Oncogene. 2002. 21. 7289-7297.
  35. Hussain S.P., Harris C.C.: Molecular epidemiology of human cancer: Contribution of mutation spectra studies of tumor suppressor genes. Cancer Res. 1998. 58. 4023-4037.
  36. Jassem J., Skrzypski M. Markers and methods for determining risk of distant recurrence of non-small cell lung cancer in stage I-IIIA patients. 2012. Patent US2012309638 (A1).
  37. Jeronimo C., Usadel H., Henrique R., et al. Quantitation of GSTP1 methylation in non-neoplastic prostatic tissue and organ-confined prostate adenocarcinoma. J. Natl. Cancer. Inst. 2001. 93. 1747-1752.
  38. Jones P.A., Baylin S.B. The epigenetics of cancer. Cell. 2007. 128. 683-692.
  39. Jorda M., Gomez-Fernandez C., Garcia M., et al.: P63 differentiates subtypesof nonsmall cell carcinomas of lung in cytologic samples:implications in treatment selection. Cancer. 2009. 117. 46-50.
  40. Kersting M., Friedl C., Kraus A., et al. Differential frequencies of p16(INK4a) promoter hypermethylation, p53 mutation, and K-ras mutation in exfoliative material mark the development of lung cancer in symptomatic chronic smokers. J. Clin. Oncol. 2000. 3221-3229.
  41. Khayyata S., Yun S., Pasha T., et al.: Value of P63 and CK5/6 in distinguishing squamous cell carcinoma from adenocarcinoma in lung fine-needle aspiration specimens. Diagn. Cytopathol. 2009. 37. 178-183.
  42. Kim D.H., Nelson H.H., Wiencke J.K., et al. p16(INK4a) and histology-specific methylation of CpG islands by exposure to tobacco smoke in non-small cell lung cancer. Cancer Res. 2001. 61. 3419-3424.
  43. Kim H., Kwon Y.M., Kim J.S., et al. Tumor-specific methylation in bronchial lavage for the early detection of non-small-cell lung cancer. J. Clin. Oncol. 2004. 22. 2363-2370.
  44. Landi M.T., Zhao Y., Rotunno M., et al. MicroRNA expression differentiates histology and predicts survival of lung cancer. Clin. Cancer Res. 2010. 16(2). 430-441.
  45. Lebanony D., Benjamin H., Gilad S., et al. Diagnostic assay based on hsa-miR-205 expression distinguishes squamous from nonsquamous non-small-cell lung carcinoma. J. Clin. Oncol. 2009. 27(12). 2030-2037.
  46. Leng S., Do K., Yingling C.M., et al. Defining a gene promoter methylation signature in sputum for lung cancer risk assessment. Clin. Cancer Res. 2012. 18. 3387-3395.
  47. Lin Q., Geng J., Ma K., et al. RASSF1A, APC, ESR1, ABCB1 and HOXC9, but not p16INK4A, DAPK1, PTEN and MT1G genes were frequently methylated in the stage I non-small cell lung cancer in China. J. Cancer Res. Clin. Oncol. 2009. 135. 1675-1684.
  48. Lu J., Getz G., Miska E.A., et al.: MicroRNA expression profiles classify human cancers. Nature. 2005. 435. 834-838.
  49. Machida E.O., Brock M.V., Hooker C.M., et al. Hypermethylation of ASC/TMS1 is a sputum marker for late-stage lung cancer. Cancer Res. 2006. 66. 6210-6218.
  50. Maruyama R., Sugio K., Yoshino I., et al. Hypermethylation of FHIT as a prognostic marker in non-small cell lung carcinoma. Cancer. 2004. 1472-1477.
  51. Mitchell P.S., Parkin R.K., Kroh E.M., et al. Circulating microRNAs as stable blood-based markers for cancer detection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. 105(30). 10513-10518.
  52. Mudduluru G., Medved F., Grobholz R., et al. Loss of programmed cell death 4 expression marks adenoma-carcinoma transition, correlates inversely with phosphorylated protein kinase B, and is an independent prognostic factor in resected colorectal cancer. Cancer. 2007. 110. 1697-1707.
  53. Mulero-Navarro S., Esteller M. Epigenetic biomarkers for human cancer: the time is now. Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2008. 68. 1-11.
  54. Nikolaidis G., Raji O.Y., Markopoulou S., et al. DNA methylation biomarkers offer improved diagnostic efficiency in lung cancer. Cancer Res. 2012. 22. 5692-5701.
  55. Palmisano W.A., Divine K.K., Saccomanno G. et al. Predicting lung cancer by detecting aberrant promoter methylation in sputum. Cancer Res. 2000. 60. 5954-5958.
  56. Pfeifer G.P., Dammann R. Methylation of the Tumor Suppressor Gene RASSF1A in Human Tumors. Biochemistry (Mosc.). 2005. 70. 576-583.
  57. Ren Y., Wu Y., Lu S., et al. Compositions and methods for microRNA expression profiling in plasma of lung cancer. 2011. Patent WO2011076144 (A1).
  58. Rodrguez-Paredes M., Esteller M. Cancer epigenetics reaches mainstream oncology. Nat. Med. 2011. 17. 330-339.
  59. Schmidt B., Liebenberg V., Dietrich D., et al. SHOX2 DNA methylation is a biomarker for the diagnosis of lung cancer based on bronchial aspirates. BMC Cancer. 2010. 10. 600.
  60. Schmiemann V., Bocking A., Kazimirek M., et al. Methylation assay for the diagnosis of lung cancer on bronchial aspirates: a cohort study. Clin. Cancer Res. 2005. 11. 7728-7734.
  61. Schneider K.U., Dietrich D., Fleischhacker M., et al. Correlation of SHOX2 gene amplification and DNA methylation in lung cancer tumors. BMC Cancer. 2011. 11. 102.
  62. Simkin M., Abdalla M., El-Mogy M., et al. Differences in the quantity of DNA found in the urine and saliva of smokers versus nonsmokers: implications for the timing of epigenetic events. Epigenomics. 2012. 4. 343-352.
  63. Stocks P., Campbell J.M.: Lung cancer death rates among non-smokers and pipe and cigarette smokers: An evaluation in relation to air pollution by benzpyrene and other substances. Br. Med. J. 1955. 2. 923-929.
  64. Stoll L.M., Johnson M.W., Burroughs F., et al.: Cytologic diagnosis and differential diagnosis of lung carcinoid tumors: a retrospective study of 63 cases with histologic correlation. Cancer Cytopathol. 2010. 118. 457-467
  65. Talotta F., Cimmino A., Matarazzo M.R., et al. An autoregulatory loop mediated by miR-21 and PDCD4 controls the AP-1 activity in RAS transformation. Oncogene. 2009. 28. 73-84.
  66. Tomizawa Y., Iijima H., Nomoto T., et al. Clinicopathological significance of aberrant methylation of RARbeta2 at 3p24, RASSF1A at 3p21.3, and FHIT at 3p14.2 in patients with non-small cell lung cancer. Lung Cancer. 2004. 305-312.
  67. Toyooka S., Maruyama R., Toyooka K.O., et al. Smoke exposure, histologic type and geography-related differences in the methylation profiles of non-small cell lung cancer. Int. J. Cancer. 2003. 103. 153-160.
  68. Toyooka S., Mitsudomi T., Soh J., et al. Molecular oncology of lung cancer. Gen. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2011. 59. 527-537.
  69. Toyooka S., Suzuki M., Tsuda T., et al. Dose effect of smoking on aberrant methylation in non-small cell lung cancers. Int. J. Cancer. 2004. 110. 462-464.
  70. Vaissiere T., Hung R.J., Zaridze D., et al. Quantitative analysis of DNA methylation profiles in lung cancer identifies aberrant DNA methylation of specific genes and its association with gender and cancer risk factors. Cancer Res. 2009. 69. 243-252.
  71. World Health Organization: WHO Report on the Global Tobacco Epidemic, 2008: The MPOWER Package. Geneva: World Health Organization, 2008.
  72. Wu Y., Lu S., Huang W., et al. Tissue-based microRNA methods for diagnisis of different subtypes of lung cancer. 2011. Patent WO2011076145 (A1).
  73. Xie Y., Todd N.W., Liu Z., et al. Altered miRNA expression in sputum for diagnosis of non-small cell lung cancer. Lung Cancer. 2010. 67(2). 170-176.
  74. Yanagawa N., Tamura G., Oizumi H., et al. Frequent epigenetic silencing of the p16 gene in nonsmall cell lung cancers of tobacco smokers. Jpn. J. Cancer Res. 2002. 1107-1113.
  75. Yanagawa N., Tamura G., Oizumi H., et al. Inverse correlation between EGFR mutation and FHIT, RASSF1A and RUNX3 methylation in lung adenocarcinoma: relation with smoking status. Anticancer Res. 2011. 31. 1211-1214.
  76. Yanaihara N., Caplen N., Bowman E., et al. Unique microRNA molecular profiles in lung cancer diagnosis and prognosis. Cancer Cell. 2006. 9(3). 189-198.
  77. Zheng D., Haddadin S., Wang Y., et al. Plasma microRNAs as novel biomarkers for early detection of lung cancer. Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2011. 4(6). 575-586.
  78. Zochbauer-Muller S., Minna J.D., Gazdar A.F. Aberrant DNA methylation in lung cancer: biological and clinical implications. Oncologist. 2002. 7. 451-457.

Views

Abstract - 145

PDF (Russian) - 90

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2015 Khodyrev D.S., Nikitin A.G., Kulagina N.S., Averyanov A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.