English
Русский
Экспрессия интронной микроРНК miR-153 при раке предстательной железы DOI: 10.29188/2222-8543-2021-14-4-44-48
- Долотказин Д.Р. – младший научный сотрудник, Московский научноисследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена – филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр радиологии»; Москва, Россия
- Шкурников М.Ю. – к.м.н., заведующий отделом трансляционной онкологии, Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена – филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр радиологии»; Москва, Россия; РИНЦ AuthorID 609397
- Стаканов В.А. – аспирант, Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена – филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр радиологии»; Москва, Россия
- Алексеев Б.Я. – д.м.н., профессор, заместитель генерального директора по науке ФГБУ «МНИЦ радиологии» Минздрава России; Москва, Россия; РИНЦ AuthorID 651796
2392 ВВЕДЕНИЕ
Рак предстательной железы (РПЖ) является одним из самых часто диагностируемых онкологических заболеваний и занимает 1-2 место в структуре заболеваемости мужского населения злокачественными новообразованиями в разных странах [1].
Текущая скрининговая диагностика РПЖ включает пальцевое ректальное исследование (ПРИ) и определение уровня простатспецифического антигена (ПСА) [2]. Данные методики широко распространены и являются простыми в применении, однако при этом обладают относительно низкими показателями чувствительности и специфичности. Так, для ПСА эти показатели не превышают по разным оценкам 70% и 50% соответственно [3]. А при значении ПСА равном 2-10 нг/мл (серая зона ПСА) специфичность составляет всего 25-45% [4]. Отсутствие более точных малоинвазивных прогностических методик приводит к большому количеству ненужных биопсий предстательной железы.
В практику внедряются новые диагностические методики, такие как оценка индекса PCA3 на основе исследования мочи. Чувствительность и специфичность индекса PCA3 далека от 100% и составляют по разным оценкам 52-82% и 79-89% соответственно [5].
Перспективным направлением развития малоинвазивной диагностики ранних стадий РПЖ является анализ уровня микроРНК. МикроРНК – малые некодирующие молекулы РНК длиной 18-25 нуклеотидов (в среднем 22), принимающие участие в транскрипционной и посттранскипционной регуляции экспрессии генов [6]. Не менее половины микроРНК человека закодировано в интронах так называемых генов-хозяев, многие из них транскрибируются одновременно с геном-хозяином [7]. Известно, что микроРНК, как внутри клетки, так и во внеклеточной среде, полностью экранированы от РНКаз белками-партнерами, принадлежащими к семейству Аргонавтов (AGO1-4), и поэтому обладают высокой стабильностью, в том числе во внеклеточном пространстве [7].
Ряд исследований демонстрируют диагностическую значимость определения микроРНК в моче при РПЖ. При этом микроРНК могут быть диагностическим фактором, увеличивающим чувствительность и специфичность при совместном анализе с другими маркерами, такими как ПСА и PCA3 [8-10], а комбинации из нескольких микроРНК могут быть самостоятельным маркером и демонстрируют большую чувствительность и специфичность, чем ПСА [11-13]. В то же время информация о высокочувствительных микроРНК – маркерах ранних стадий РПЖ в моче практически отсутствует.
Целью настоящего исследования являлся поиск пар ген-хозяин –микроРНК специфичных для ранних стадий рака предстательной железы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В исследование были включены результаты секвенирования мРНК и микроРНК 184 образцов РПЖ и 50 образцов условно здоровой ткани предстательной железы (табл. 1), полученных консорциумом TCGA Research Network: https://www.cancer.gov/tcga.
Таблица 1. Клиническая характеристика пациентов
Table 1. Clinical characteristics of patients
| Показатель Indicator |
Контроль Control |
Т2 |
|---|---|---|
| N | 50 | 184 |
| Возраст, лет Age, years |
059,0 ± 7,89 | 59,5 ± 7,13 |
| Т | ||
| pT2a | 0 | 0 |
| pT2b | 0 | 7,7 |
| pT2c | 0 | 0 |
| N | ||
| н.д. / no data | — | 42 (22,8%) |
| pN0 | — | 139 (75,5%) |
| pN1 | — | 3 (1,6%) |
| M | ||
| н.д. / no data | — | 14 (7,6%) |
| cM0 | — | 170 (92,4%) |
| Индекс Глиссона / Gleason score | ||
| 3 + 3 | — | 31 (16,8%) |
| 3 + 4 | — | 93 (50,5%) |
| 3 + 5 | — | 5 (2,7%) |
| 4 + 3 | — | 32 (17,4%) |
| 4 + 4 | — | 13 (7,1%) |
| 4 + 5 | — | 9 (4,9%) |
| 5 + 3 | — | 1 (0,5%) |
Для формирования перечня интронных микроРНК геномные координаты микроРНК из базы miRBase 22.1 (http://www.mirbase.org; фаил hsa.gff3) были пересечены со списками генов и экзонов аннотированной сборки человеческого генома GRCh38.p12 с помощью программы bedtools intersect версии 2.26.0. Интронными считали микроРНК, соответствующие пре-микроРНК, целиком лежащим в интронах, и направление транскрипции которых совпадало с направлением транскрипции гена-хозяина.
Биоинформационный анализ данных осуществляли в среде статистических вычислений R. Значимость различий в экспрессии генов и микроРНК оценивали c помощью алгоритма DEseq2 [14]. Анализ представленности групп генов (GSEA) осуществляли с помощью пакета программного обеспечения fgsea и базы данных Molecular Signatures Database [15-17]. Анализ промоторов осуществляли с помощью базы данных TransmiR v2.0 [18].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Анализ результатов секвенирования мРНК в образцах РПЖ Т2х и условно здоровой ткани предстательной железы выявил 182 дифференциально представленных генов. Анализ представленности групп генов (GSEA) показал, что дифференциально представленные в РПЖ гены MYOM3, NEB, KLHL41, MYH3, TCAP, TNNC1, принадлежат к биологическому процессу «Сократительные волокна» (GO:CONTRACTILE_FIBER) (табл. 2). При РПЖ экспрессия данных генов подавлена, что может быть связано с ремоделированием ткани предстательной железы, замещением гладкомышечных клеток опухолевыми [19].
Таблица 2. Экспрессия генов, принадлежащих к биологическому процессу «Сократительные волокна», в группах сравнения
Table 2. Expression of genes belonging to the biological process «Contractile fibers» in the comparison groups
| Название гена Gene name |
Контроль, log2FPKM Control, log2FPKM |
Т2х, log2FPKM |
P |
|---|---|---|---|
| MYOM3 | 0,3±0,7 | 0,2±0,7 | 8,9x10-6 |
| NEB | 0,7±1,1 | 0,4±0,8 | — |
| KLHL41 | 1,2±1,6 | 0,8±1,2 | 8,2x10-4 |
| MYH3 | 1,6±1,4 | 1,1±1,3 | 5,3x10-4 |
| TCAP | 1,6±1,9 | 1,1±1,7 | 0,046 |
| TNNC1 | 2,3±2,1 | 1,6±1,8 | 4,4x10-5 |
Среди 182 дифференциально представленных при Т2х РПЖ выявлено четыре гена-хозяина пре-микроРНК: AMH (hsa-mir-4321), MYH6 (hsa-mir-208), MYH7 (hsa-mir-208b), PTPRN (hsa-mir-153-1). Последующий анализ результатов секвенирования микроРНК в образцах РПЖ показал, что экспрессия только hsa-miR-153-3p значимо различалась между группами сравнения (контроль: 1,1±0,8 log2CPM; T2x 2,6±0,9 log2CPM, p = 2.2x10-16).
Несмотря на то, что микроРНК hsa-miR-153-3p закодирована в 19 интроне гена PTPRN, их экспрессия в парных результатах секвенирования мРНК и микроРНК не коррелирует, что позволяет предположить наличие у hsa-miR-153-3p собственного промоторного участка и фактора транскрипции. Анализ базы данных TransmiR v2.0 позволил выявить девять факторов транскрипции, способных регулировать экспрессию данной микроРНК: AR, CREB1, CTCF, ERG, ETV1, GABPA, MYC, SUMO2, TRIM24. Последующий анализ коэкспрессии показал значимую положительную корреляцию экспрессии hsa-miR-153-3p с андрогеновым рецептором (ген AR, R2 = 0,27, p = 2,7x10-4), являющимся транскрипционным фактором, и U3 убиквитин-протеин лигазой TRIM24 (ген TRIM24, R2 = 0,4, p = 3,5x10-8), транскрипционным кофактором, способным взаимодействовать с AF2 доменом ряда ядерных рецепторов, в том числе и андрогенового рецептора [20].
ОБСУЖДЕНИЕ
В результате анализа результатов секвенирования 184 образцов РПЖ и 50 образцов условно здоровой ткани предстательной железы выявлена пара ген-хозяин PTPRN и его интронная микроРНК hsa-miR-153-3p, экспрессия которых значимо повышена при РПЖ.
Ген PTPRN кодирует трансмембранную фосфотирозин фосфотазу. Предыдущие исследования показали, что PTPRN выявляется в секреторных гранулах островков поджелудочной железы и других нейроэндокринных клеток, что, вполне возможно, объясняет его значительную корреляцию с диабетом [21].
В ряде исследований демонстрирована связь между PTPRN и некоторыми онкологическими заболеваниями. Так, в исследовании G. Zangyuan и соавт. была выявлена отрицательная связь PTPRN с выживаемостью пациентов с гепатоцелюлярным раком [22]. По данным, полученным D. Bauerschlag и соавт., гиперметилирование PTPRN также связано с более короткой выживаемостью у пациентов с раком яичников [23]. А в исследовании A. Shergalis и соавт. продемонстрировано, что высокая экспрессия PTPRN при мелкоклеточном раке легкого связана с ростом и пролиферацией опухоли. Также ими было обнаружено, что высокая экспрессия PTPRN тесно связана с плохим прогнозом у пациентов с глиобластомами [24].
В исследовании Z. Wu и соавт. при исследовании 105 образцов опухолевой ткани предстательное железы и сравнении их с 28 образцами без атипичных клеток, было установлено, что hsa-miR-153-3p сверхэкспрессируется в ткани с наличием рака предстательной железы. Так же была исследована возможная биологическая функция hsa-miR-153-3p [25].
Исследование показало, что избыточная экспрессия hsa-miR-153-3p способствует переходу клеточного цикла и пролиферации клеток, тогда как ингибирование hsa-miR-153-3p снижает этот эффект. Более того, сверхэкспрессия hsa-miR-153-3p в клетках рака предстательной железы увеличивает переходный промотор G1/S, экспрессию циклина D1 и снижает экспрессию ингибитора циклин-зависимой киназы (CDK), p21Cip1. Так же было продемонстрировано, что hsa-miR-153-3p непосредственно нацелена на ген-супрессор опухоли PTEN, активирует AKT киназу и снижает активность транскрипции FOXO1. Эти результаты показывают, что hsa-miR-153-3p играет важную роль в стимулировании пролиферации клеток рака предстательной железы и представляет новый механизм прямого подавления экспрессии PTEN в клетках.
C.W. Bi и соавт. исследовали уровень экспрессии hsa-miR-153-3p в раковой ткани предстательной железы и связь между экспрессией hsa-miR-153-3p, клинико-патологическими факторами и прогнозом пациентов. Экспрессию hsa-miR-153-3p в 143 образцах раковой ткани и прилегающих незлокачественных тканях предстательной железы измеряли с помощью анализа qRT-PCR. Результаты показали, что экспрессия hsa-miR-153-3p была значительно увеличена в раковых тканях предстательной железы по сравнению с прилегающими доброкачественными тканями. Экспрессия hsa-miR-153-3p считалась высокой или низкой в соответствии с пороговым значением, которое определялось как медиана когорты. Чтобы исследовать клиническое значение hsa-miR-153-3p, была оценена связь между экспрессией hsa-miR-153-3p и клиническими патологическими особенностями. Было выявлено, что высокая экспрессия hsa-miR-153-3p в раковых тканях предстательной железы тесно коррелировала с агрессивными клиническими патологическими параметрами, такими как боле высокая оценка по шкале Глисона, метастазирование в лимфатические узлы, кости. Пациенты с РПЖ с высокой экспрессией hsa-miR-153-3p имели более низкую 5-летнюю общую выживаемость по сравнению с пациентами с низкой экспрессией hsa-miR-153-3p. Примечательно, что многомерный регрессионный анализ Кокса показал, что экспрессия hsa-miR-153-3p была независимым фактором для прогнозирования 5-летней общей выживаемости пациентов с РПЖ. Эти данные показали, что hsa-miR-153-3p может быть прогностическим маркером [26].
В рамках проведенного исследования нами на значительной выборке пациентов продемонстрирована повышенная экспрессия hsa-miR-153-3p в образцах раннего РПЖ, установлена взаимосвязь уровня экспрессии hsa-miR-153-3p, экспрессии андрогенового рецептора и U3 убиквитин-протеин лигазы TRIM24.
ВЫВОДЫ
МикроРНК hsa-miR-153-3p может рассматриваться в качестве перспективного маркера ранних стадий РПЖ. Необходимо изучение уровня hsa-miR-153-3p не только в образцах РПЖ, но и в плазме крови, моче для рассмотрения вопроса ее использовании в качестве малоинвазивного маркера РПЖ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Злокачественные новообразования в России в 2018 году (заболеваемость и смертность); под. ред. Каприна А.Д., Старинского В.В., Петровой Г.В. Москва 2019; 250 с. [Malignant neoplasms in Russia in 2018 (morbidity and mortality); Ed. Kaprin A.D., Starinskiy V.V., Petrova G.V. Moscow, 2019; 250 s. (in Russian)].
2. Woolf SH. The accuracy and effectiveness of routine population screening with mammography, prostate-specific antigen, and prenatal ultrasound: a review of published scientific evidence. Int J Technol Assess Health Care 2001;17(3): 275– 304. https://doi.org/10.1017/s0266462301106021.
3. Schröder FH, van der Maas P, Beemsterboer P, Kruger AB, Hoedemaeker R, Rietbergen J, et al. Evaluation of the digital rectal examination as a screening test for prostate cancer. Rotterdam section of the European Randomized Study of Screening for Prostate Cancer. J Natl Cancer Inst 1998;90(23):1817–1823.
4. Bhavsar T, McCue P, Birbe R. Molecular diagnosis of prostate cancer: are we up to age? Semin Oncol 2013;40(3):259–275. https://doi.org/10.1053/ j.seminoncol.2013.04.002.
5. Raja N, Russell CM, George AK. Urinary markers aiding in the detection and risk stratification of prostate cance. Transl Androl Urol 2018;7(S4):S436–S442. https://doi.org/10.21037/tau.2018.07.01.
6. Makarova JA, Shkurnikov MU, Wicklein D, Lange T, Samatov TR, Turchinovich AA, et al. Intracellular and extracellular microRNA: An update on localization and biological role. Prog Histochem Cytochem 2016; 51(3-4):33–49. https://doi.org/10.1016/j.proghi.2016.06.001.
7. Makarova JA, Shkurnikov MU, Turchinovich AA, Tonevitsky AG, Grigoriev AI. Circulating microRNAs. Biochem 2015;80(9):1117–1126. https://doi.org/10.1134/S0006297915090035.
8. Salido-Guadarrama AI, Morales-Montor JG, Rangel-Escareño C, Langley E, Peralta-Zaragoza O, Cruz Colin JL., et al. Urinary microRNA-based signature improves accuracy of detection of clinically relevant prostate cancer within the prostate-specific antigen grey zone. Mol Med Rep 2016;13(6):4549-4560. https://doi.org/10.3892/mmr.2016.5095.
9. Korzeniewski N, Tosev G, Pahernik S, Hadaschik B, Hohenfellner M, Duensing S. Identification of cell-free microRNAs in the urine of patients with prostate cancer. Urol Oncol 2015;33(1):16.e17-16.e22. https://doi.org/10.1016/ j.urolonc.2014.09.015.
10. Casanova-Salas I, Rubio-Briones J, Calatrava A, Mancarella C, Masiá E, Casanova J, et al. Identification of miR-187 and miR-182 as biomarkers of early diagnosis and prognosis in patients with prostate cancer treated with radical prostatectomy. J Urol 2014;192(1):252-259. https://doi.org/10.1016/ j.juro.2014.01.107.
11. Yun SJ, Jeong P, Kang HW, Kim Y-H, Kim E-A, Yan C, et al. Urinary MicroRNAs of prostate cancer: virus-encoded hsv1-miRH18 and hsv2-miR-H9-5p could be valuable diagnostic markers. Int Neurourol J 2015;19(2):74-84. https://doi.org/10.5213/inj.2015.19.2.74.
12. Stuopelyte K, Daniunaite K, Bakavicius A, Lazutka JR, Jankevicius F, Jarmalaite S. The utility of urine-circulating miRNAs for detection of prostate cancer. Br J Cancer 2016;115(6):707–715. https://doi.org/10.1038/bjc.2016.233.
13. Bryant RJ, Pawlowski T, Catto JWF, Marsden G, Vessella RL, Rhees B, et al. Changes in circulating microRNA levels associated with prostate cancer. Br J Cancer 2012;106(4):768–774. https://doi.org/10.1038/bjc.2011.595.
14. Love MI, Huber W, Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol 2014;15(12):550. https://doi.org/10.1186/s13059-014-0550-8.
15. Korotkevich G, Sukhov V, Budin N, Shpak B, Artyomov M, Sergushichev A. Fast gene set enrichment analysis. bioRxiv. Cold Spring Harbor Laboratory 2016; P. 060012. https://doi.org/10.1101/060012.
16. Liberzon A, Birger C, Thorvaldsdóttir H, Ghandi M, Mesirov JP, Tamayo P. The Molecular Signatures Database Hallmark Gene Set Collection. Cell Syst 2015;1(6):417–425. https://doi.org/10.1016/j.cels.2015.12.004.
17. Subramanian A, Tamayo P, Mootha VK, Mukherjee S, Ebert BL, Gillette MA, et al. Gene set enrichment analysis: A knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proc Natl Acad Sci 2005;102(43):15545–15550. https://doi.org/10.1073/pnas.0506580102.
18. Tong Z, Cui Q, Wang J, Zhou Y TransmiR v2.0: an updated transcription factor-microRNA regulation database. Nucleic Acids Res 2019;47(D1):D253–D258. https://doi.org/10.1093/nar/gky1023.
19. Vilamaior PSL., Taboga SR, Carvalho HF. Modulation of smooth muscle cell function: morphological evidence for a contractile to synthetic transition in the rat ventral prostate after castration. Cell Biol Int 2005;29(9):809–816. https://doi.org/10.1016/j.cellbi.2005.05.006.
20. Uo T, Plymate SR, Sprenger CC. The potential of AR-V7 as a therapeutic target. Expert Opin Ther Targets 2018;22(3):201-216. https://doi.org/10.1080/14728222.2018.1439016.
21. Lan MS. Assignment of the IA-2 gene encoding an autoantigen in IDDM to chromosome 2q35. Diabetologia 1996;39(8):1001-1002. https://doi.org/10.1007/ BF00403923.
22. Zhangyuan G, Yin Y, Zhang W, Yu W, Jin K, Wang F, et al. Prognostic value of phosphotyrosine phosphatases in hepatocellular carcinoma. Cell Physiol Biochem 2018;46(6):2335-2346. https://doi.org/10.1159/000489625.
23. Bauerschlag DO, Ammerpohl O, Bräutigam K, Schem C, Lin Q, Weigel MT, et al. Progression-free survival in ovarian cancer is reflected in epigenetic DNA methylation profiles. Oncology 2011;80(1-2):12-20. https://doi.org/10.1159/000327746.
24. Shergalis A, Bankhead A, Luesakul U, Muangsin N, Neamati N. Current challenges and opportunities in treating glioblastoma. Pharmacol Rev 2018;70(3):412–445. https://doi.org/10.1124/pr.117.014944.
25. Wu Z, He B, He J, Mao X. Upregulation of miR-153 promotes cell proliferation via downregulation of the PTEN tumor suppressor gene in human prostate cancer. Prostate 2013;73(6):596-604. https://doi.org/10.1002/pros.22600.
26. Bi C, Zhang G, Bai Y, Zhao B, Yang H. Increased expression of miR-153 predicts poor prognosis for patients with prostate cancer. Medicine (Baltimore) 2019;98(36):e16705. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000016705.
| Прикрепленный файл | Размер |
|---|---|
| Скачать статью | 407.46 кб |
Другие статьи выпуска
