Применение GLAD-ПЦР-анализа для изучения метилирования ДНК в регуляторных областях генов-онкосупрессоров при раке молочной железы

Аберрантное метилирование ДНК на начальных стадиях канцерогенеза приводит к инактивации ряда генов и показано для многих онкологических заболеваний. Ранее с помощью метода glad-ПЦР анализа нами были выявлены аберрантно метилированные сайты R(5mc)gY, которые могут рассматриваться как эпигенетические маркеры при диагностике колоректального рака, рака легкого и рака желудка. При раке молочной железы, по литературным данным, наблюдается метилирование регуляторных участков генов ALX4, BMP2, CCND2, CDH13, CDX1, FOXA1, GALR1, GATA5, GREM1, HIC1, HMX2, HS3ST2, HOXC10, ICAM5, LAMA1, RARB, RASSF1A, RUNX3, RXRG, RYR2, SFRP2, SOX17, TERT и ZNF613. В настоящей работе было проведено определение аберрантно метилированных сайтов RcgY в регуляторных участках данных генов в препаратах ДНК из тканей рака молочной железы. Анализ образцов ДНК из операционного материала опухолей (n=30) и морфологически неизмененных тканей молочной железы (n=22) показал высокую диагностическую эффективность панели маркеров, включающей сайты R(5mc)gY в составе генов CCND2, BMP2, GALR1, SOX17, HMX2 и HS3ST2: суммарные показатели чувствительности и специфичности составляют 90,0 и 100,0 % соответственно.

1. GLOBOCAN 2020 Database Provides Latest Global Data on Cancer Burden, Cancer Deaths [Internet]. URL: https://ascopost.com/news/december-2020/globocan-2020-database-provides-latest-global-data-oncancer-burden-cancer-deaths/ (cited 19.04.2021).

2. Руководство по ранней диагностике рака. Женева: Всемирная организация здравоохранения, 2018. 38 с.

3. Breast Cancer Survival Rates [Internet]. URL: https://www.webmd.com/breast-cancer/guide/breast-cancer-survival-rates (19.04.2021).

4. Hesson L.B., Pritchard A.L. Clinical Epigenetics. Springer Singapore, 2019. P. 153–171. doi: 10.1007/978-981-13-8958-0.

5. Gao L., Emperle M., Guo Y., Grimm S.A., Ren W., Adam S., Uryu H., Zhang Z.M., Chen D., Yin J., Dukatz M., Anteneh H., Jurkowska R.Z., Lu J., Wang Y., Bashtrykov P., Wade P.A., Wang G.G., Jeltsch A., Song J. Comprehensive structure-function characterization of DNMT3B and DNMT3A reveals distinctive de novo DNA methylation mechanisms. Nat Commun. 2020 Jul 3; 11(1): 3355. doi: 10.1038/s41467-020-17109-4.

6. Кузнецов В.В., Акишев А.Г., Абдурашитов М.А., Дегтярев С.Х. Способ определения нуклеотидной последовательности Pu(5mC)GPy в заданном положении протяженной ДНК. Патент РФ № 2525710. Заявл. 13.06.2013. Опубл. 20.08.2014.

7. Евдокимов А.А., Нетесова Н.А., Сметанникова Н.А., Абдурашитов М.А., Акишев А.Г., Давидович Е.С., Кузнецов В.В., Ермолаев Ю.Д., Карпов А.Б., Сазонов А.Э., Тахауов Р.М., Дегтярев С.Х. Применение метода GLAD-ПЦР анализа для выявления сайтов метилирования в регуляторных областях генов-онкосупрессоров ELMO1 и ESR1 при колоректальном раке. Вопросы онкологии. 2016; 62(1): 117–21.

8. Evdokimov A.A., Netesova N.A., Smetannikova N.A., Abdurashitov M.A., Akishev A.G. GLAD-PCR Assay of DNA Methylation Markers Associated with Colorectal Cancer. Biol Med (Aligarh) 8: 342. doi: 10.4172/0974-8369.1000342.

9. Smetannikova N.A., Evdokimov A.A., Netesova N.A., Abdurashitov M.A., Akishev A.G., Dubinin E.V., Pozdnyakov P.I., Vihlyanov I.V., Nikitin M.K., Topolnitsky E.B., Karpov A.B., Kolomiets S.A., Degtyarev S.K. Application of GLAD-PCR Assay for Study on DNA Methylation in Regulatory Regions of Some Tumor-Suppressor Genes in Lung Cancer. Zhongguo Fei Ai Za Zhi. 2019 Sep 20; 22(9): 551–561. doi: 10.3779/j.issn.1009-3419.2019.09.01.

10. Малышев Б.С., Нетесова Н.А., Сметанникова Н.А., Абдурашитов М.А., Акишев А.Г., Дубинин Е.В., Азанов А.З., Вихлянов И.В., Никитин М.К., Карпов А.Б., Дегтярев С.Х. GLAD-ПЦР-анализ сайтов метилирования ДНК в регуляторных областях генов-онкосупрессоров при раке желудка. Acta Naturae. 2020; 12(3): 124–133. doi: 10.32607/actanaturae.11070.

11. Дубинин Е.В., Евдокимов А.А., Нетесова Н.А., Сметанникова Н.А., Абдурашитов М.А., Акишев А.Г., Давидович Е.С., Дегтярев С.Х., Кузнецов В.В., Михеев В.Н., Карпов А.Б., Малышев Б.С., Федотов В.В. Способ определения метилирования сайтов PuCGPy регуляторных областей генов-онкомаркеров колоректального рака методом GLAD-ПЦР-анализа и набор олигонуклеотидных праймеров и флуоресцентно-меченых зондов для осуществления указанного способа. Патент РФ № 2630669. Заявл. 16.07.2015. Опубл. 10.09.2017.

12. Yang J., Han F., Liu W., Chen H., Hao X., Jiang X., Yin L., Huang Y., Cao J., Zhang H., Liu J. ALX4, an epigenetically down regulated tumor suppressor, inhibits breast cancer progression by interfering Wnt/β-catenin pathway. J Exp Clin Cancer Res. 2017 Nov; 36(1): 170. doi: 10.1186/s13046-017-0643-9.

13. Du M., Su X.M., Zhang T., Xing Y.J. Aberrant promoter DNA methylation inhibits bone morphogenetic protein 2 expression and contributes to drug resistance in breast cancer. Mol Med Rep. 2014 Aug; 10(2): 1051–5. doi: 10.3892/mmr.2014.2276.

14. Li Z., Guo X., Wu Y., Li S., Yan J., Peng L., Xiao Z., Wang S., Deng Z., Dai L., Yi W., Xia K., Tang L., Wang J. Methylation profiling of 48 candidate genes in tumor and matched normal tissues from breast cancer patients. Breast Cancer Res Treat. 2015 Feb; 149(3): 767–79. doi: 10.1007/s10549-015-3276-8.

15. Yang J., Niu H., Huang Y., Yang K. A Systematic Analysis of the Relationship of CDH13 Promoter Methylation and Breast Cancer Risk and Prognosis. PLoS One. 2016 May 6; 11(5): e0149185. doi: 10.1371/journal.pone.0149185.

16. Liu J., Sun X., Qin S., Wang H., DU N., Li Y., Pang Y., Wang C., Xu C., Ren H. CDH1 promoter methylation correlates with decreased gene expression and poor prognosis in patients with breast cancer. Oncol Lett. 2016 Apr; 11(4): 2635–2643. doi: 10.3892/ol.2016.4274.

17. Jing X., Liang H., Hao C., Hongxia L., Cui X. Analyses of an epigenetic switch involved in the activation of pioneer factor FOXA1 leading to the prognostic value of estrogen receptor and FOXA1 co-expression in breast cancer. Aging (Albany NY). 2019; 11(18): 7442–7456. doi: 10.18632/aging.102250.

18. Lindqvist B.M., Wingren S., Motlagh P.B., Nilsson T.K. Whole genome DNA methylation signature of HER2-positive breast cancer. Epigenetics. 2014 Aug; 9(8): 1149–62. doi: 10.4161/epi.29632.

19. Wang D., Yang P.N., Chen J., Zhou X.Y., Liu Q.J., Li H.J., Li C.L. Promoter hypermethylation may be an important mechanism of the transcriptional inactivation of ARRDC3, GATA5, and ELP3 in invasive ductal breast carcinoma. Mol Cell Biochem. 2014; 396(1–2): 67–77. doi: 10.1007/s11010-014-2143-y.

20. de Groot J.S., Pan X., Meeldijk J., van der Wall E., van Diest P.J., Moelans C.B. Validation of DNA promoter hypermethylation biomarkers in breast cancer--a short report. Cell Oncol (Dordr). 2014 Aug; 37(4): 297–303. doi: 10.1007/s13402-014-0189-1.

21. Cheng G., Sun X., Wang J., Xiao G., Wang X., Fan X., Zu L., Hao M., Qu Q., Mao Y., Xue Y., Wang J. HIC1 silencing in triple-negative breast cancer drives progression through misregulation of LCN2. Cancer Res. 2014 Feb; 74(3): 862–72. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-13-2420.

22. Stirzaker C., Zotenko E., Song J.Z., Qu W., Nair S.S., Locke W.J., Stone A., Armstong N.J., Robinson M.D., Dobrovic A., Avery-Kiejda K.A., Peters K.M., French J.D., Stein S., Korbie D.J., Trau M., Forbes J.F., Scott R.J., Brown M.A., Francis G.D., Clark S.J. Methylome sequencing in triple-negative breast cancer reveals distinct methylation clusters with prognostic value. Nat Commun. 2015 Feb 2; 6: 5899. doi: 10.1038/ncomms6899.

23. Kassim S.K., Shehata H.H., Abou-Alhussein M.M., Sallam M.M., Amin I.I. Laboratory validation of formal concept analysis of the methylation status of microarray-detected genes in primary breast cancer. Tumour Biol. 2017 Jun; 39(6): 1010428317698390. doi: 10.1177/1010428317698390.

24. Pathiraja T.N., Nayak S.R., Xi Y., Jiang S., Garee J.P., Edwards D.P, Lee A.V., Chen J., Shea M.J., Santen R.J., Gannon F., Kangaspeska S., Jelinek J., Issa J.P., Richer J.K., Elias A., McIlroy M., Young L.S., Davidson N.E., Schiff R., Li W., Oesterreich S. Epigenetic reprogramming of HOXC10 in endocrine-resistant breast cancer. Sci Transl Med. 2014 Mar 26; 6(229): 229ra41. doi: 10.1126/scitranslmed.3008326.

25. Симонова О.А., Кузнецова Е.Б., Поддубская Е.В., Кекеева Т.В., Керимов Р.А., Троценко И.Д., Танас А.С., Руденко В.В., Алексеева Е.А., Залетаев Д.В., Стрельников В.В. Гены ламининов, конститутивно и аномально метилированные при раке молочной железы. Молекулярная биология. 2015; 49(4): 667–677.

26. Yari K., Rahimi Z. Promoter Methylation Status of the Retinoic Acid Receptor-Beta 2 Gene in Breast Cancer Patients: A Case Control Study and Systematic Review. Breast Care (Basel). 2019; 14(2): 117–123. doi: 10.1159/000489874.

27. Hagrass H.A., Pasha H.F., Shaheen M.A., Abdel Bary E.H., Kassem R. Methylation status and protein expression of RASSF1A in breast cancer patients. Mol Biol Rep. 2014; 41(1): 57–65. doi: 10.1007/s11033-013-2837-3.

28. Garattini E., Bolis M., Garattini S.K., Fratelli M., Centritto F., Paroni G., Gianni’ M., Zanetti A., Pagani A., Fisher J.N., Zambelli A., Terao M. Retinoids and breast cancer: from basic studies to the clinic and back again. Cancer Treat Rev. 2014 Jul; 40(6): 739–49. doi: 10.1016/j.ctrv.2014.01.001.

29. Wu H.C., Southey M.C., Hibshoosh H., Santella R.M., Terry M.B. DNA Methylation in Breast Tumor from High-risk Women in the Breast Cancer Family Registry. Anticancer Res. 2017; 37(2): 659–664. doi: 10.21873/anticanres.11361.

30. Lin I.H., Chen D.T., Chang Y.F., Lee Y.L., Su C.H., Cheng C., Tsai Y.C., Ng S.C., Chen H.T., Lee M.C., Chen H.W., Suen S.H., Chen Y.C., Liu T.T., Chang C.H., Hsu M.T. Hierarchical clustering of breast cancer methylomes revealed differentially methylated and expressed breast cancer genes. PLoS One. 2015 Feb 23; 10(2): e0118453. doi: 10.1371/journal.pone.0118453.

31. Masood S., El-Gabry E., Zhang C., Wang Z. DNA Methylation of the hTERT Gene in Breast Cancer Revisited: Diagnostic and Clinical Implications. Lab Med. 2016 Nov; 47(4): 293–299. doi: 10.1093/labmed/lmw043.

32. Silva T.C., Coetzee S.G., Gull N., Yao L., Hazelett D.J., Noushmehr H., Lin D.C., Berman B.P. ELMER v.2: an R/Bioconductor package to reconstruct gene regulatory networks from DNA methylation and transcriptome profiles. Bioinformatics. 2019; 35(11): 1974–1977. doi: 10.1093/bioinformatics/bty902.

33. HUGO Gene Nomenclature Committee. The resource for approved human gene nomenclature [Internet]. URL: http://www.genenames.org (cited 2021 Apr 19).

34. Логистическая регрессия и ROC-анализ – математический аппарат [Интернет]. URL: https://loginom.ru/blog/logistic-regressionroc-auc (дата обращения: 19.04.2021). [Logistic regression and ROC analysis – mathematical apparatus [Internet]. URL: https://loginom.ru/blog/logistic-regression-roc-auc (cited 19.04.2021). (in Russian)].

35. «Золотой стандарт» диагностики и лечения рака молочной железы 2021. Российское общество онкомаммологов. Версия 2.0. 176 с. [Интернет]. URL: http://www.abvpress.ru/project/ www.abvpress.ru/KP_POOM_12.10.20.pdf (дата обращения: 19.04.2021).

36. Xia Y.Y., Ding Y.B., Liu X.Q., Chen XM., Cheng S.Q., Li L.B., Ma M.F., He J.L., Wang Y.X. Racial/ethnic disparities in human DNA methylation. Biochim Biophys Acta. 2014; 1846(1): 258–62. doi: 10.1016/j.bbcan.2014.07.001.