oncotomskСибирский онкологический журналSiberian journal of oncology1814-48612312-3168Tomsk National Research Medical Сепtеr of the Russian Academy of Sciencesoncotomsk-39Research ArticleЛАБОРАТОРНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯLABORATORY AND EXPERIMENTAL STUDIESМИКРОМАТРИЧНЫЙ АНАЛИЗ АНОМАЛИЙ ЧИСЛА КОПИЙ ДНК ОПУХОЛИ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ: СВЯЗЬ С ЭФФЕКТОМ НЕОАДЪЮВАНТНОЙ ХИМИОТЕРАПИИMICROARRAY ANALYSIS OF DNA COPY NUMBER ABERRATION IN BREAST TUMOR: CORRELATION WITH THE EFFICACY OF NEOADJUVANT CHEMOTHERAPYЛитвяковН. В.LitviakovN. V.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruЦыгановМ. М.TsyganovМ. М.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruЧердынцеваН. В.CherdyntsevaN. V.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruСлонимскаяЕ. М.SlonimskayaЕ. М.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruИваньковскаяП. В.IvankovskayaP. V.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruИбрагимоваМ. К.IbragimovaМ. К.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruГарбуковЕ. Ю.GarbukovЕ. Yu.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruКоростелевС. А.KorostelevS. А.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruПотаповаО. Ю.PotapovaО. Yu.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruЧойнзоновЕ. Л.ChoinzonovЕ. L.

634050, г. Томск, пер. Кооперативный, 5

5, Kooperativnyi Street, 634050-Tomsk

nvlitv72@yandex.ruФГБУ «НИИ онкологии» СО РАМН, г. Томск Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. ТомскРоссияCancer Research Institute, Siberian Branch of the RA MS, Tomsk National Research Tomsk State University, TomskRussian FederationФГБУ «НИИ онкологии» СО РАМН, г. Томск Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск Министерства здравоохранения РФ, г. ТомскРоссияCancer Research Institute, Siberian Branch of the RA MS, Tomsk National Research Tomsk State University, Tomsk Siberian State Medical University, TomskRussian FederationФГБУ «НИИ онкологии» СО РАМН, г. Томск Министерства здравоохранения РФ, г. ТомскРоссияCancer Research Institute, Siberian Branch of the RA MS, Tomsk Siberian State Medical University, TomskRussian FederationФГБУ «НИИ онкологии» СО РАМН, г. ТомскРоссияCancer Research Institute, Siberian Branch of the RA MS, TomskRussian FederationФГБУ «НИИ онкологии» СО РАМН, г. ТомскРоссияCancer Research Institute, Siberian Branch of the RA MS, Tomsk Cureline East Research Inc, USARussian FederationГБОУ ВПО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения РФ, г. МоскваРоссияI.M. Sechenov First Moscow State Medical University, MoscowRussian FederationCureline East Research Inc, USAСоединённые Штаты АмерикиCureline East Research Inc, USAUnited StatesФГБУ «НИИ онкологии» СО РАМН, г. Томск ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г. ТомскРоссияCancer Research Institute, Siberian Branch of the RA MS, Tomsk Siberian State Medical University, TomskRussian Federation201407022016031927Copyright © Литвяков Н.В., Цыганов М.М., Чердынцева Н.В., Слонимская Е.М., Иваньковская П.В., Ибрагимова М.К., Гарбуков Е.Ю., Коростелев С.А., Потапова О.Ю., Чойнзонов Е.Л., 20162016Литвяков Н.В., Цыганов М.М., Чердынцева Н.В., Слонимская Е.М., Иваньковская П.В., Ибрагимова М.К., Гарбуков Е.Ю., Коростелев С.А., Потапова О.Ю., Чойнзонов Е.Л.Litviakov N.V., Tsyganov М.М., Cherdyntseva N.V., Slonimskaya Е.М., Ivankovskaya P.V., Ibragimova М.К., Garbukov Е.Y., Korostelev S.А., Potapova О.Y., Choinzonov Е.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.siboncoj.ru/jour/article/view/39

Представлены новые данные об аномалиях числа копий ДНК (Copy Number Aberration – CNA) в опухолях молочной железы и их связи с эффективностью неоадъювантной химиотерапии.

Методы

Методы. В исследование включены 68 больных раком молочной железы (РМЖ), получавшие 2–4 курса неоадьювантной химиотерапии (НАХТ). Исследование несбалансированных хромосомных перестроек – числовых и структурных CNA – проводили в биопсийных образцах опухолевой ткани, полученных до лечения, с использованием микроматрицы высокой плотности CytoScanTM HD Array (Affymetrix, USA). Непосредственную эффективность НАХТ оценивали по критериям ВОЗ.

Результаты

Результаты. Амплификация 1q43 связана с хорошим ответом на НАХТ. У 83 % (33/39) больных с амплификацией 1q43 наблюдается частичная регрессия опухоли, тогда как у 78 % (18/23) больных с нормальным состоянием 1q43 хромосомного региона ответ на терапию отсутствует (р=0,00085 по критерию Фишера с поправкой Бонферрони). У 83 % (25/30) больных с делецией 11q22.1- 23.3 отмечается ответ на НАХТ, а 68 % (23/34) больных с нормальным состоянием региона не отвечали на лечение (р=0,000047). Сочетание «амплификационных» и «делеционных» маркеров увеличивает чувствительность и специфичность прогнозирования ожидаемой эффективности НАХТ. Если наблюдаются амплификация в 1q43 и/или делеция 18р11.21 локусах, то у 92 % больных (35/38) отмечается частичная регрессия, при нормальном состоянии этих локусов у 81 % больных (21/26) отсутствует ответ на НАХТ (р=0,000002).

Заключение

Заключение. Наличие несбалансированных хромосомных перестроек в регионах 1q, 11q и 18p ДНК опухоли молочной железы до лечения коррелирует с выраженным эффектом химиотерапии и может быть использовано в качестве маркера для прогнозирования ожидаемой эффективности НАХТ с высоким уровнем доверительной вероятности.

This study presents the new evidences for DNA Copy Number Aberration (CNA) within breast tumors and its association with the efficacy of preoperative (neoadjuvant) chemotherapy.

Methods

Methods. 68 breast cancer patients were treated with 2–4 courses of neoadjuvant chemotherapy. Unbalanced chromosome abnormalities – numeric and structural CNA in biopsy specimens were tested using high-density microarray platform CytoScanTM HD Array (Affymetrix, USA). Immediate tumor response to NAC was measured in accordance with recommendations of WHO.

Results

Results. 1q43 amplification correlated with good response to NAC. Partial tumor regression was observed in 83 % (33/39) of patients with 1q43 amplification, whereas no response to NAC was found in 78 % (18/23) of patients with normal 1q43 region (р=0.00085 Fisher test, Bonferroni correction). Among patients with chromosomal deletions at 11q22.1-23.3, 83 % (25/30) manifested the response to NAC, whereas 68 % (23/34) deletion-free persons did not respond to therapy. Combination of amplification and deletion markers increased the sensitivity and specificity for predicting response to NАС. Amplification in 1q43 along with deletion in 18р11.21 loci resulted in partial tumor regression in 92 % (35/38) of patients. In the case of the normal status of these loci, 81 % (21/26) of patients had no response to NAC (р=0.000002).

Conclusion

Conclusion. The presence of unbalanced, chromosome abnormalities in 1q, 11q и 18p loci within breast tumors before treatment correlates with good response to NAC and can be used as a marker for predicting response to neoadjuvant chemotherapy with high confidence interval.

рак молочной железымикроматричный анализхромосомные аномалиифакторы прогнозанеоадъювантная химиотерапияbreast cancermicroarray analysischromosomal abnormalitiesprognostic factorsneoadjuvant chemotherapyReferencesГеращенко Т.С., Денисов Е.В., Литвяков Н.В., Завьялова М.В., Вторушин С.В., Цыганов М.М., Перельмутер В.М., Чердынцева Н.В. Внутриопухолевая гетерогенность: природа и биологическое значение // Биохимия. 2013. Т. 78, № 11. С. 1531–1549.Gerashhenko T.S., Denisov E.V., Litvjakov N.V., Zav’jalova M.V., Vtorushin S.V., Cyganov M.M., Perel’muter V.M., Cherdynceva N.V. Intratumoral Heterogeneity: Nature and Biological Significance (review) // Biohimija. 2013. Vol. 78 (11). P. 1531–1549. [in Russian]Гервас П.А., Литвяков Н.В., Стахеева М.Н., Миллер С.В., Добродеев А.Ю., Гарбуков Е.Ю., Бабышкина Н.Н., Кухарев Я.В., Васильева М.В., Слонимская Е.М., Белявская В.А., Тузиков С.А., Чердынцева Н.В. Влияние полиморфизма генов апоптоза и репарации на эффективность неоадъювантной химиотерапии злокачественных новообразований // Сибирский онкологический журнал. 2009. № 4 (34). С. 41–47.Gervas P.A., Litvjakov N.V., Staheeva M.N., Miller S.V., Dobrodeev A.Ju., Garbukov E.Ju., Babyshkina N.N., Kuharev Ja.V., Vasil’eva M.V., Slonimskaja E.M., Beljavskaja V.A., Tuzikov S.A., Cherdynceva N.V. Influence of apoptosis and repair gene polymorphism on neoadjuvant chemotherapy response of malignant tumors // Sibirskij onkologicheskij zhurnal. 2009. № 4 (34). P. 41–47. [in Russian]Чердынцева Н.В., Литвяков Н.В., Денисов Е.В. Основные достижения в фундаментальной онкологии в 2012 году // Практическая онкология. 2013. Т. 14, № 1. С. 1–12.Cherdynceva N.V., Litvjakov N.V., Denisov E.V. Major advances in basic oncology in 2012 // Prakticheskaja onkologija. 2013. Vol. 14 (1). P. 1–12. [in Russian]Bergamaschi A., Kim Y.H., Wang P., Sørlie T., Hernandez-Boussard T., Lonning P.E., Tibshirani R., Børresen-Dale A.L., Pollack J.R. Distinct patterns of DNA copy number alteration are associated with different clinicopathological features and gene-expression subtypes of breast cancer.// Genes Chromosomes and Cancer. 2006. Vol. 45 (11). P.1033–1040.Bergamaschi A., Kim Y.H., Wang P., Sørlie T., Hernandez-Boussard T., Lonning P.E., Tibshirani R., Børresen-Dale A.L., Pollack J.R. Distinct patterns of DNA copy number alteration are associated with different clinicopathological features and gene-expression subtypes of breast cancer.// Genes Chromosomes and Cancer. 2006. Vol. 45 (11). P.1033–1040.Bhatia S., Frangioni J.V., Hoffman R.M. The challenges posed by cancer heterogeneity // Nat. Biotechnol. 2012. Vol. 30. P. 604–610. doi: 10.1038/nbt.2294.Bhatia S., Frangioni J.V., Hoffman R.M. The challenges posed by cancer heterogeneity // Nat. Biotechnol. 2012. Vol. 30. P. 604–610. doi: 10.1038/nbt.2294.Byrski T., Gronwald J., Huzarski T., Grzybowska E., Budryk M., Stawicka M., Mierzwa T., Szwiec M., Wiśniowski R., Siolek M. Pathologic complete response rates in young women with BRCA1-positive breast cancers after neoadjuvant chemotherapy // J. Clin. Oncol. 2010. Vol. 28 (3). P. 375–379. doi: 10.1200/JCO.2008.20.7019Byrski T., Gronwald J., Huzarski T., Grzybowska E., Budryk M., Stawicka M., Mierzwa T., Szwiec M., Wiśniowski R., Siolek M. Pathologic complete response rates in young women with BRCA1-positive breast cancers after neoadjuvant chemotherapy // J. Clin. Oncol. 2010. Vol. 28 (3). P. 375–379. doi: 10.1200/JCO.2008.20.7019.Cai H., Kumar N., Baudis M. Arraymap: A reference resource for genomic copy number imbalances in human malignancies // PLoS ONE. 2012. Vol. 7 (5). E. 36944. doi: 10.1371/journal.pone.0036944.Cai H., Kumar N., Baudis M. Arraymap: A reference resource for genomic copy number imbalances in human malignancies // PLoS ONE. 2012. Vol. 7 (5). E. 36944. doi: 10.1371/journal.pone.0036944.Chin S.F., Teschendorff A.E., Marioni J.C., Wang Y., Barbosa-Morais N.L., Thorne N.P., Costa J.L., Pinder S.E., van De Wiel M.A., Green A.R. Highresolution aCGH and expression profiling identifies a novel genomic subtype of ER negative breast cancer // Genome Biol. 2007. Vol. 8 (10). R. 215.Chin S.F., Teschendorff A.E., Marioni J.C., Wang Y., Barbosa-Morais N.L., Thorne N.P., Costa J.L., Pinder S.E., van De Wiel M.A., Green A.R. Highresolution aCGH and expression profiling identifies a novel genomic subtype of ER negative breast cancer // Genome Biol. 2007. Vol. 8 (10). R. 215.Climent J., Dimitrow P., Fridlyand J., Palacios J., Siebert R., Albertson D.G., Gray J.W., Pinkel D., Lluch A., Martinez-Climent J.A. Deletion of chromosome 11q predicts response to anthracycline-based chemotherapy in early breast cancer // Cancer Res. 2007. Vol. 67 (2). P. 818–826.Climent J., Dimitrow P., Fridlyand J., Palacios J., Siebert R., Albertson D.G., Gray J.W., Pinkel D., Lluch A., Martinez-Climent J.A. Deletion of chromosome 11q predicts response to anthracycline-based chemotherapy in early breast cancer // Cancer Res. 2007. Vol. 67 (2). P. 818–826.Goldhirsch A., Winer E., Coates A., Gelber R., Piccart-Gebhart M., Thürlimann B., Senn H.-J., Albain K.S., André F., Bergh J. Personalizing the treatment of women with early breast cancer: highlights of the St Gallen International Expert Consensus on the Primary Therapy of Early Breast Cancer 2013 // Ann. Oncol. 2013. Vol. 24 (9). P. 2206–2223. doi: 10.1093/ annonc/mdt303.Goldhirsch A., Winer E., Coates A., Gelber R., Piccart-Gebhart M., Thürlimann B., Senn H.-J., Albain K.S., André F., Bergh J. Personalizing the treatment of women with early breast cancer: highlights of the St Gallen International Expert Consensus on the Primary Therapy of Early Breast Cancer 2013 // Ann. Oncol. 2013. Vol. 24 (9). P. 2206–2223. doi: 10.1093/ annonc/mdt303.Han S., Park K., Shin E., Kim H.-J., Kim J.Y., Kim J.Y., Gwak G. Genomic change of chromosome 8 predicts the response to taxane-based neoadjuvant chemotherapy in node-positive breast cancer // Oncol. Reports. 2010. Vol. 24 (1). P. 121–128.Han S., Park K., Shin E., Kim H.-J., Kim J.Y., Kim J.Y., Gwak G. Genomic change of chromosome 8 predicts the response to taxane-based neoadjuvant chemotherapy in node-positive breast cancer // Oncol. Reports. 2010. Vol. 24 (1). P. 121–128.Hanahan D., Weinberg R.A. Hallmarks of cancer: the next generation // Cell. 2011. Vol. 144 (5). P. 646–674. doi: 10.1016/j.cell.2011.02.013.Hanahan D., Weinberg R.A. Hallmarks of cancer: the next generation // Cell. 2011. Vol. 144 (5). P. 646–674. doi: 10.1016/j.cell.2011.02.013.Horlings H.M., Lai C., Nuyten D.S., Halfwerk H., Kristel P., van Beers E., Joosse S.A., Klijn C., Nederlof P.M., Reinders M.J. Integration of DNA copy number alterations and prognostic gene expression signatures in breast cancer patients // Clin. Cancer Res. 2010. Vol. 16 (2). P. 651–663. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-09-0709Horlings H.M., Lai C., Nuyten D.S., Halfwerk H., Kristel P., van Beers E., Joosse S.A., Klijn C., Nederlof P.M., Reinders M.J. Integration of DNA copy number alterations and prognostic gene expression signatures in breast cancer patients // Clin. Cancer Res. 2010. Vol. 16 (2). P. 651–663. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-09-0709.Huang N., Shah P.K., Li C. Lessons from a decade of integrating cancer copy number alterations with gene expression profiles // Brief. Bioinform. 2012. Vol. 13 (3). P. 305–316. doi: 10.1093/bib/bbr056.Huang N., Shah P.K., Li C. Lessons from a decade of integrating cancer copy number alterations with gene expression profiles // Brief. Bioinform. 2012. Vol. 13 (3). P. 305–316. doi: 10.1093/bib/bbr056.Jönsson G., Staaf J., Vallon-Christersson J., Ringnér M., Holm K., Hegardt C., Gunnarsson H., Fagerholm R., Strand C., Agnarsson B.A. Research article Genomic subtypes of breast cancer identified by array-comparative genomic hybridization display distinct molecular and clinical characteristics // Breast Cancer Res. 2010. Vol. 12 (3). R. 42. doi: 10.1186/bcr2596.Jönsson G., Staaf J., Vallon-Christersson J., Ringnér M., Holm K., Hegardt C., Gunnarsson H., Fagerholm R., Strand C., Agnarsson B.A. Research article Genomic subtypes of breast cancer identified by array-comparative genomic hybridization display distinct molecular and clinical characteristics // Breast Cancer Res. 2010. Vol. 12 (3). R. 42. doi: 10.1186/bcr2596.Kaufmann M., von Minckwitz G., Mamounas E.P., Cameron D., Carey L.A., Cristofanilli M., Denkert C., Eiermann W., Gnant M., Harris J.R. Recommendations from an international consensus conference on the current status and future of neoadjuvant systemic therapy in primary breast cancer // Ann. Surg. Oncol. 2012. Vol. 19. P. 1508–1516. doi: 10.1245/ s10434-011-2108-2. EKaufmann M., von Minckwitz G., Mamounas E.P., Cameron D., Carey L.A., Cristofanilli M., Denkert C., Eiermann W., Gnant M., Harris J.R. Recommendations from an international consensus conference on the current status and future of neoadjuvant systemic therapy in primary breast cancer // Ann. Surg. Oncol. 2012. Vol. 19. P. 1508–1516. doi: 10.1245/ s10434-011-2108-2.McClelland S.E., Burrell R.A., Swanton C. Chromosomal instability: a composite phenotype that influences sensitivity to chemotherapy // Cell Cycle. 2009. Vol. 8 (20). P. 3262–3266.McClelland S.E., Burrell R.A., Swanton C. Chromosomal instability: a composite phenotype that influences sensitivity to chemotherapy // Cell Cycle. 2009. Vol. 8 (20). P. 3262–3266.Schwartz G.F., Hortobagyi G.N. Proceedings of the Consensus Conference on Neoadjuvant Chemotherapy in Carcinoma of the Breast, April 26–28, 2003, Philadelphia, Pennsylvania // Breast J. 2004. Vol. 10 (4). P. 273–294.Schwartz G.F., Hortobagyi G.N. Proceedings of the Consensus Conference on Neoadjuvant Chemotherapy in Carcinoma of the Breast, April 26–28, 2003, Philadelphia, Pennsylvania // Breast J. 2004. Vol. 10 (4). P. 273–294.Weigman V.J., Chao H.-H., Shabalin A.A., He X., Parker J.S., Nordgard S.H., Grushko T., Huo D., Nwachukwu C., Nobel A. Basal-like Breast cancer DNA copy number losses identify genes involved in genomic instability, response to therapy, and patient survival // Breast Cancer Res. Treat. 2012. Vol. 133 (3). P. 865–880. doi: 10.1007/s10549-011-1846-y.Weigman V.J., Chao H.-H., Shabalin A.A., He X., Parker J.S., Nordgard S.H., Grushko T., Huo D., Nwachukwu C., Nobel A. Basal-like Breast cancer DNA copy number losses identify genes involved in genomic instability, response to therapy, and patient survival // Breast Cancer Res. Treat. 2012. Vol. 133 (3). P. 865–880. doi: 10.1007/s10549-011-1846-y.Wikman H., Sielaff-Frimpong B., Kropidlowski J., Witzel I., MildeLangosch K., Sauter G., Westphal M., Lamszus K., Pantel K. Clinical Relevance of Loss of 11p15 in Primary and Metastatic Breast Cancer: Association with Loss of PRKCDBP Expression in Brain Metastases // PLoS ONE. 2012. Vol. 7 (10). E. 47537. doi: 10.1371/journal.pone.0047537.Wikman H., Sielaff-Frimpong B., Kropidlowski J., Witzel I., MildeLangosch K., Sauter G., Westphal M., Lamszus K., Pantel K. Clinical Relevance of Loss of 11p15 in Primary and Metastatic Breast Cancer: Association with Loss of PRKCDBP Expression in Brain Metastases // PLoS ONE. 2012. Vol. 7 (10). E. 47537. doi: 10.1371/journal.pone.0047537.Xu Y., DuanMu H., Chang Z., Zhang S., Li Z., Li Z., Liu Y., Li K., Qiu F., Li X. The application of gene co-expression network reconstruction based on CNVs and gene expression microarray data in breast cancer // Mol. Biol. Reports. 2012. Vol. 39 (2). P. 1627–1637. doi: 10.1007/s11033- 011-0902-3.Xu Y., DuanMu H., Chang Z., Zhang S., Li Z., Li Z., Liu Y., Li K., Qiu F., Li X. The application of gene co-expression network reconstruction based on CNVs and gene expression microarray data in breast cancer // Mol. Biol. Reports. 2012. Vol. 39 (2). P. 1627–1637. doi: 10.1007/s11033- 011-0902-3.Zhang Y., Martens J.W., Jack X.Y., Jiang J., Sieuwerts A.M., Smid M., Klijn J.G., Wang Y., Foekens J.A. Copy number alterations that predict metastatic capability of human breast cancer // Cancer Res. 2009. Vol. 69 (9). P. 3795–3801. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-08-4596.Zhang Y., Martens J.W., Jack X.Y., Jiang J., Sieuwerts A.M., Smid M., Klijn J.G., Wang Y., Foekens J.A. Copy number alterations that predict metastatic capability of human breast cancer // Cancer Res. 2009. Vol. 69 (9). P. 3795–3801. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-08-4596.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.