Вариабельность митохондриального генома у больных раком молочной железы в популяции якуток

Введение. Популяция саха (якуты) – коренное население Сибири, проживающее на территории Якутии, отличается одним из самых низких в мире уровнем заболеваемости раком молочной железы (РМЖ). Низкий уровень заболеваемости РМЖ коренного населения Якутии отмечен в ряде публикаций, но до настоящего времени причины этого явления не до конца выяснены. Следует отметить, что изучение факторов, снижающих риск заболевания РМЖ, имеет важное значение для его профилактики. По результатам ряда исследований, у якутов не обнаружено наследственных форм РМЖ, не найдено патогенных вариантов генов BRCA1/2, ассоциированных с наследственными синдромами РМЖ и рака яичника (РЯ). В связи с этим мы приняли решение сместить акцент на исследование митохондриального генома больных РМЖ саха методом секвенирования.

Цель исследования – выявить варианты митохондриального генома, ассоциированные с РМЖ, у пациенток саха.

Материал и методы. В исследование включено 14 пациенток саха с диагнозом РМЖ, средний возраст составил 49 лет. Выделение ДНК осуществляли методом фенол-хлороформной экстракции. ДНК-библиотеки готовили с помощью набора Nextera Flex (Illumina, США). Полногеномное секвенирование митохондриального генома выполнялось на приборе MiSeq (Illumina, США) на базе ЦКП Томского НИМЦ. Полученные результаты у больных РМЖ сравнивались с популяционным контролем.

Результаты. У женщин саха, больных РМЖ, выявлено 159 вариантов митохондриального генома, отличающихся от референсной последовательностью митохондриальной ДНК (мтДНК) человека (rCRS). Показана ассоциация вероятно патогенных вариантов m.3736G>A гена МТ-ND1 и m.7279T>C гена MT-CO1 с РМЖ. Впервые выявлены варианты, предрасполагающие к РМЖ (m.10398A>G; m.14783T>C; m.15043G>A; m.15301G>A). Особенностью митохондриального генома популяций с низким уровнем заболеваемости РМЖ является высокий уровень вариантов мтДНК с изменением длины полицитозинового участка в локусе D310.

Заключение. Впервые у женщин с РМЖ из популяции саха выявлены варианты мтДНК с изменением длины полицитозинового тракта в локусе D310 и вероятно патогенные варианты m.3736G>A гена МТ-ND1 и m.7279T>C гена MT-CO1. Полученные данные свидетельствуют о целесообразности дальнейшего изучения роли выявленных вариантов мтДНК в развитии РМЖ на расширенной выборке пациентов саха.

1. Петрова Г.В., Грецова О.П., Каприн А.Д., Старинский В.В. Характеристика и методы расчета медико-статистических показателей, применяемых в онкологии. М., 2014. 40 с.

2. Писарева Л.Ф., Одинцова И.Н., Иванов П.М., Николаева Т.И. Особенности заболеваемости раком молочной железы коренного и пришлого населения Республики Саха (Якутия). Сибирский онкологический журнал. 2007; 3: 69–72.

3. Николаева Т.И., Писарева Л.Ф., Иванов П.М., Иванова Ф.Г. Факторы риска развития рака молочной железы в Республике Саха (Якутия). Якутский медицинский журнал. 2010; 1(29): 46–7.

4. Злокачественные новообразования в России в 2021 году (заболеваемость и смертность). Под ред. А.Д. Каприна, В.В. Старинского, А.О. Шахзадовой. М., 2022. 252 с.

5. Гервас П.А., Молоков А.Ю., Панферова E.В., Писарева Л.Ф., Чердынцева Н.В. Этнические аспекты наследственного рака молочной железы. Сибирский онкологический журнал. 2019; 18(2): 102–8. doi: 10.21294/1814-4861-2019-18-2-102-108.

6. Гервас П.А., Молоков А.Ю., Зарубин А.А., Иванова А.A., Тихонов Д.Г., Киприянова Н.С., Егоров А.Н., Жуйкова Л.Д., Шефер Н.А., Топольницкий Е.Б., Белявская В.А., Писарева Л.Ф., Чойнзонов Е.Л., Чердынцева Н.В. Новая мутация в гене PALB2, ассоциированная с наследственным раком молочной железы у молодой пациентки, принадлежащей к якутской этнической группе. Сибирский онкологический журнал. 2022; 21(4): 72–9. doi: 10.21294/1814-4861- 2022-21-4-72-79.

7. Сухоруков В.С., Воронкова А.С., Литвинова Н.А. Клиническое значение индивидуальных особенностей митохондриальной ДНК. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2015; 60(3): 10–20.

8. Duggan A.T., Whitten M., Wiebe V., Crawford M., Butthof A., Spitsyn V., Makarov S., Novgorodov I., Osakovsky V., Pakendorf B. Investigating the prehistory of Tungusic peoples of Siberia and the Amur-Ussuri region with complete mtDNA genome sequences and Y-chromosomal markers. PLoS One. 2013; 8(12). doi: 10.1371/journal.pone.0083570.

9. Pala M., Olivieri A., Achilli A., Accetturo M., Metspalu E., Reidla M., Tamm E., Karmin M., Reisberg T., Hooshiar Kashani B., Perego U.A., Carossa V., Gandini F., Pereira J.B., Soares P., Angerhofer N., Rychkov S., AlZahery N., Carelli V., Sanati M.H., Houshmand M., Hatina J., Macaulay V., Pereira L., Woodward S.R., Davies W., Gamble C., Baird D., Semino O., Villems R., Torroni A., Richards M.B. Mitochondrial DNA signals of late glacial recolonization of Europe from near eastern refugia. Am J Hum Genet. 2012; 90(5): 915–24. doi: 10.1016/j.ajhg.2012.04.003.

10. Derenko M., Malyarchuk B., Denisova G., Perkova M., Litvinov A., Grzybowski T., Dambueva I., Skonieczna K., Rogalla U., Tsybovsky I., Zakharov I. Western Eurasian ancestry in modern Siberians based on mitogenomic data. BMC Evol Biol. 2014; 14. doi: 10.1186/s12862-014-0217-9.

11. Fedorova S.A., Reidla M., Metspalu E., Metspalu M., Rootsi S., Tambets K., Trofmova N., Zhadanov S.I., Hooshiar Kashani B., Olivieri A., Voevoda M.I., Osipova L.P., Platonov F.A., Tomsky M.I., Khusnutdinova E.K., Torroni A., Villems R. Autosomal and uniparental portraits of the native populations of Sakha (Yakutia): implications for the peopling of Northeast Eurasia. BMC Evol Biol. 2013; 13. doi: 10.1186/1471-2148-13-127.

12. Ingman M., Gyllensten U. Rate variation between mitochondrial domains and adaptive evolution in humans. Hum Mol Genet 2007; 16(19): 2281–7. doi: 10.1093/hmg/ddm180.

13. Achilli A., Rengo C., Battaglia V., Pala M., Olivieri A., Fornarino S., Magri C., Scozzari R., Babudri N., Santachiara-Benerecetti A.S., Bandelt H.J., Semino O., Torroni A. Saami and Berbers--an unexpected mitochondrial DNA link. Am J Hum Genet. 2005; 76(5): 883–6. doi: 10.1086/430073.

14. Derenko M., Malyarchuk B., Grzybowski T., Denisova G., Dambueva I., Perkova M., Dorzhu C., Luzina F., Lee H.K., Vanecek T., Villems R., Zakharov I. Phylogeographic analysis of mitochondrial DNA in northern Asian populations. Am J Hum Genet. 2007; 81(5): 1025–41. doi: 10.1086/522933.

15. Derenko M., Malyarchuk B., Grzybowski T., Denisova G., Rogalla U., Perkova M., Dambueva I., Zakharov I. Origin and post-glacial dispersal of mitochondrial DNA haplogroups C and D in northern Asia. PLoS One. 2010; 5(12). doi: 10.1371/journal.pone.0015214.

16. Derenko M., Malyarchuk B., Denisova G., Perkova M., Rogalla U., Grzybowski T., Khusnutdinova E., Dambueva I., Zakharov I. Complete mitochondrial DNA analysis of eastern Eurasian haplogroups rarely found in populations of northern Asia and eastern Europe. PLoS One. 2012; 7(2). doi: 10.1371/journal.pone.0032179.

17. Lippold S., Xu H., Ko A., Li M., Renaud G., Butthof A., Schröder R., Stoneking M. Human paternal and maternal demographic histories: insights from high-resolution Y chromosome and mtDNA sequences. Investig Genet. 2014; 5: 13. doi: 10.1186/2041-2223-5-13.

18. Weissensteiner H., Pacher D., Kloss-Brandstätter A., Forer L., Specht G., Bandelt H.J., Kronenberg F., Salas A., Schönherr S. HaploGrep 2: mitochondrial haplogroup classifcation in the era of high-throughput sequencing. Nucleic Acids Res. 2016; 44: 58–63. doi: 10.1093/nar/gkw233.

19. Lott M.T., Leipzig J.N., Derbeneva O., Xie H.M., Chalkia D., Sarmady M., Procaccio V., Wallace D.C. mtDNA Variation and Analysis Using Mitomap and Mitomaster. Curr Protoc Bioinformatics. 2013; 44(123). doi: 10.1002/0471250953.bi0123s44.

20. Castellana S., Biagini T., Petrizzelli F., Parca L., Panzironi N., Caputo V., Vescovi A.L., Carella M., Mazza T. MitImpact 3: modeling the residue interaction network of the Respiratory Chain subunits. Nucleic Acids Res. 2021; 49: 1282–8. doi: 10.1093/nar/gkaa1032.

21. Richards S., Aziz N., Bale S., Bick D., Das S., Gastier-Foster J., Grody W.W., Hegde M., Lyon E., Spector E., Voelkerding K., Rehm H.L.; ACMG Laboratory Quality Assurance Committee. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet Med. 2015; 17(5): 405–24. doi: 10.1038/gim.2015.30.

22. Рыжкова О.П., Кардымон О.Л., Прохорчук Е.Б., Коновалов Ф.А., Масленников А.Б., Степанов В.А., Афанасьев А.А., Заклязьминская Е.В., Ребриков Д.В., Савостьянов К.В., Глотов А.С., Костарева А.А., Павлов А.Е., Голубенко М.В., Поляков А.В., Куцев С.И. Руководство по интерпретации данных последовательности ДНК человека, полученных методами массового параллельного секвенирования (MPS) (редакция 2018, версия 2). Медицинская генетика. 2019; 18(2): 3–23. doi: 10.25557/2073-7998.2019.02.3-23

23. Andrews R.M., Kubacka I., Chinnery P.F. Lightowlers R.N., Turnbull D.M., Howell N. Reanalysis and revision of the Cambridge reference sequence for human mitochondrial DNA. Nat Genet. 1999; 23(2): 147. doi: 10.1038/13779.

24. Ingman M., Gyllensten U. mtDB: Human Mitochondrial Genome Database, a resource for population genetics and medical sciences. Nucleic Acids Res. 2006; 34: 749–51. doi: 10.1093/nar/gkj010.

25. Sanchez-Cespedes M., Parrella P., Nomoto S., Cohen D., Xiao Y., Esteller M., Jeronimo C., Jordan R.C., Nicol T., Koch W.M., Schoenberg M., Mazzarelli P., Fazio V.M., Sidransky D. Identifcation of a mononucleotide repeat as a major target for mitochondrial DNA alterations in human tumors. Cancer Res. 2001; 61(19): 7015–9.

26. Tipirisetti N.R., Govatati S., Pullari P., Malempati S., Thupurani M.K., Perugu S., Guruvaiah P., Rao K.L., Digumarti R.R., Nallanchakravarthula V., Bhanoori M., Satti V. Mitochondrial control region alterations and breast cancer risk: a study in South Indian population. PLoS One. 2014; 9(1). doi: 10.1371/journal.pone.0085363.

27. Yacoubi Loueslati B., Troudi W., Cherni L., Rhomdhane K.B., Mota-Vieira L. Germline HVR-II mitochondrial polymorphisms associated with breast cancer in Tunisian women. Genet Mol Res. 2010; 9(3): 1690–700. doi: 10.4238/vol9-3gmr778.

28. Тихонов Д.Г., Винокуров М.М., Киприянова Н.С., Голубенко М.В. Роль митохондрий в развитии рака молочной железы. Российский онкологический журнал. 2022; 27(1): 5–19. doi: 10.17816/onco110904.

29. Zou Y., Jia X., Zhang A.M., Wang W.Z., Li S., Guo X., Kong Q.P., Zhang Q., Yao Y.G. The MT-ND1 and MT-ND5 genes are mutational hotspots for Chinese families with clinical features of LHON but lacking the three primary mutations. Biochem Biophys Res Commun. 2010; 399(2): 179–85. doi: 10.1016/j.bbrc.2010.07.051.

30. Ma J., Coarfa C., Qin X., Bonnen P.E., Milosavljevic A., Versalovic J., Aagaard K. mtDNA haplogroup and single nucleotide polymorphisms structure human microbiome communities. BMC Genomics. 2014; 15: 257. doi: 10.1186/1471-2164-15-257.

31. Verma R.K., Kalyakulina A., Giuliani C., Shinde P., Kachhvah A.D., Ivanchenko M., Jalan S. Analysis of human mitochondrial genome cooccurrence networks of Asian population at varying altitudes. Sci Rep. 2021; 11(1): 133. doi: 10.1038/s41598-020-80271-8.

32. Brandon M., Baldi P., Wallace D.C. Mitochondrial mutations in cancer. Oncogene 2006; 25(34): 4647–62. doi: 10.1038/sj.onc.1209607.

33. Kopinski P.K., Singh L.N., Zhang S., Lott M.T., Wallace D.C. Mitochondrial DNA variation and cancer. Nat Rev Cancer. 2021; 21(7): 431–45. doi: 10.1038/s41568-021-00358-w.

34. Тихонов Д.Г., Молоков А.Ю., Белявская В.А., Ананина О.A., Гервас П.А. Эндогенные и экзогенные факторы риска, влияющие на уровень заболеваемости населения Якутии раком молочной железы. Сибирский онкологический журнал. 2023; 22(3): 5–15. doi: 10.21294/1814-4861-2023-22-3-5-15.