КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 20-75-10060
НазваниеГенетические детерминанты риска метастазирования немелкоклеточного рака легкого
РуководительДенисов Евгений Владимирович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук", Томская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2020 - 06.2023 |
Конкурс№50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-208 - Онкология
Ключевые словаРак легкого, предопухолевые изменения, базальноклеточная гиперплазия, гематогенное метастазирование, однонуклеотидный полиморфизм, вариации числа копий ДНК, соматические мутации
Код ГРНТИ76.29.49
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Рак легкого является одной из важнейших медицинских и социально-экономических проблем в большинстве развитых стран мира в связи с его лидирующей позицией в структуре онкологической заболеваемости и смертности. Основными причинами высокой смертности пациентов с раком легкого являются позднее обнаружение опухолевого процесса и высокая частота гематогенного метастазирования. Несмотря на прорыв в области молекулярной диагностики, таргетной и иммунотерапии немелкоклеточного рака легкого (НМРЛ), предотвращение опухолевой прогрессии и лечение пациентов с распространенными формами заболевания остается не решенной проблемой. В этом плане предсказание риска развития гематогенных метастазов является одной из приоритетных задач современной онкопульмонологии.
Формированию НМРЛ предшествуют морфологические изменения в бронхолегочном эпителии. Коллективом НИИ онкологии Томского НИМЦ впервые показана ассоциация между характером предопухолевых изменений в эпителии мелких бронхов и прогрессией НМРЛ. Так, наличие изолированной базальноклеточной гиперплазии (БКГ) ассоциировано с высоким риском гематогенного метастазирования НМРЛ независимо от гистологического типа опухоли. Однако механизмы данного феномена не известны. Вероятно, что конститутивные генотипические характеристики могут предопределять развитие изолированной БКГ, с одной стороны, а с другой – предрасполагать к гематогенному метастазированию. Вклад такого наследственного фона в риск прогрессии НМРЛ может заключаться в формировании специфических иммуно-воспалительных реакций, “благоприятных” для развития метастазов, и/или появлении соматических генетических нарушений, запускающих метастатическое распространение первичной опухоли.
Настоящий проект направлен на поиск конститутивных (SNPs и CNVs) и соматических мутаций, вовлеченных в отдаленное метастазирование у больных НМРЛ. Генотипирование пациентов с наличием изолированной БКГ и, соответственно, высоким риском метастазирования и больных без респираторных изменений и, таким образом, низкой вероятностью метастатической прогрессии, позволит идентифицировать герминальные генетические варианты, предопределяющие риск развития метастатической болезни у больных НМРЛ. Изучение мутационного ландшафта опухолевой ткани данных групп больных предоставит информацию о драйверных нарушениях, запускающих гематогенное метастазирование. Помимо фундаментальной значимости в плане понимания механизмов метастазирования НМРЛ, полученные результаты будут обладать несомненной практической ценностью. Так, возможна разработка панели герминальных и соматических генетических вариантов для предсказания риска метастазирования НМРЛ. Использование данной панели позволит выявлять метастатический процесс на ранней стадии и/или корректировать противоопухолевое лечение с целью предотвращения прогрессирования НМРЛ. В последнем случае, найденные драйверы метастазирования могут выступать в качестве первичных терапевтических мишеней для профилактики развития метастатической болезни.
Ожидаемые результаты
1. Герминальные генетические варианты, предрасполагающие к гематогенному метастазированию НМРЛ.
2. Функциональная значимость метастаз-ассоциированных генетических вариантов в плане их влияния на уровень генной экспрессии и активность белковых продуктов.
3. Патогенетическая значимость совместного наследования генетических вариантов в отношении риска развития гематогенных метастазов НМРЛ.
4. Различия в мутационном ландшафте плоскоклеточного рака и аденокарциномы лёгкого.
5. Мутационные сигнатуры НМРЛ с высоким и низким риском гематогенного метастазирования.
6. Зависимость типа и/или частоты соматических мутаций в опухолевой ткани от генотипа больных НМРЛ.
7. Гены, в т.ч. их функциональная роль, соматические нарушения которых ассоциированы гематогенным метастазированием НМРЛ.
8. Диагностическая панель герминальных и соматических генетических вариантов для оценки риска метастатической прогрессии НМРЛ.
В результате выполнения проекта будут получены приоритетные данные о конститутивных генотипических особенностях и соматических нарушениях, ассоциированных с отдаленным метастазированием НМРЛ. Разработанные панели герминальных и соматических генетических вариантов послужат основой для формирования персонализированного подхода для лечения больных НМРЛ за счет своевременного прогнозирования риска метастатической прогрессии заболевания и корректировки схем химио- и таргетной терапии.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Первый этап проекта был направлен на решение двух задач: оценка частоты однонуклеотидных полиморфных вариантов (SNPs) и вариаций числа копий ДНК (CNVs) у больных немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ) с высоким и низким риском гематогенного метастазирования и функциональная характеристика генов, изменения которых ассоциированы с риском гематогенного метастазирования НМРЛ. Для решения задач были выполнены следующие работы: сформированы проспективная (n=50) и ретроспективная группы больных НМРЛ (n=100), исследовано состояние эпителия бронхов в отдалении от первичного опухолевого очага, оценена зависимость частоты отдаленного метастазирования от типа морфологических изменений, создан банк ДНК образцов периферической крови пациентов, выбран метод генотипирования больных НМРЛ, проведены полноэкзомное секвенирование и биоинформатическая обработка данных, включая поиск SNPs и CNVs, специфичных для пациентов с высоким риском гематогенного метастазирования. В ходе выполнения проекта получены следующие результаты. В эпителии бронхов в отдалении от первичной опухоли чаще всего встречалась изолированная базальноклеточная гиперплазия (БКГ) - 42% (63/150). Отсутствие морфологических изменений, включая очаговую БКГ на фоне неизмененного эпителия, было обнаружено у 31% (47/150) пациентов. Другие типы изменений были установлены у 27% (40/150) пациентов. Отдаленные метастазы наблюдались в 29% (29/100) случаев, из них 76% (22/29) приходилось на долю больных с изолированной БКГ и 7% (2/29) - больных с отсутствием морфологических изменений. У больных с другими типами морфологических изменений метастазы обнаруживались в 17% (5/29) случаев. Сравнительный анализ режимов полноэкзомного секвенирования с покрытиями 30х и 100х не установил существенной разницы в количестве генетических вариантов. На этом основании в качестве метода генотипирования выбрано 30х полноэкзомное секвенирование. При сравнении больных НМРЛ с изолированной БКГ (высокий риск метастазирования) и отсутствием морфологических изменений (низкий риск метастазирования) идентифицировано 66 SNPs и 127 CNVs, потенциально ассоциированных с риском гематогенного метастазирования. В плане SNPs затронутые гены вовлечены в регуляцию канонического и неканонического TGF-β сигналинга, каталитический цикл флавинсодержащих монооксигеназ, никотиновый метаболизм и др. сигнальные пути. В плане CNVs гены связаны с иммунорегуляторными сигнальными путями. Среди генов, SNPs которых чаще встречаются у пациентов с высоким риском метастазирования, обнаружены GPR35, OPRM1, NRG1, TET1 и ALK, ранее описанные как регуляторы прогрессирования рака лёгкого. Среди генов, CNVs которых чаще встречаются у пациентов с высоким риском метастазирования, обнаружены CFHR3, CFHR1, ZDHHC11B, TNXB, KIR и CCL4L1, вовлеченные в регуляцию иммуновоспалительных реакций, клеточной пролиферации и организацию внеклеточного матрикса. Таким образом, идентифицированы SNPs и CNVs, характерные для больных НМРЛ с наличием изолированной БКГ в эпителии бронхов в отдалении от опухолевого очага, и, вероятно, ассоциированные с вероятностью отдаленного метастазирования. Последующий этап проекта будет направлен на валидацию обнаруженных генетических вариантов на независимой группе больных НМРЛ.
Информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту:
Томские ученые выясняют роль наследственности в развитии метастазов рака легкого
http://www.tnimc.ru/novosti/nii-onkologii/tomskie-uchenye-vyyasnyayut-rol-nasledstvennosti-v-razvitii-metastazov-raka-legkogo/
https://vk.com/tnimc?w=wall-132708953_658
https://www.facebook.com/tnimc/photos/a.702114013295405/1659985200841610/
http://www.sib-science.info/ru/institutes/tomskie-uchenye-vyyasnyayut-rol-20082020
https://www.sciencemon.ru/office/org/blog/257381/
Публикации
1. Щеголева А.А., Хозяинова А.А., Федоров А.А., Геращенко Т.С., Родионов Е.О., Топольницкий Е.Б., Шефер Н.А., Панкова О.В., Дурова А.А., Завьялова М.В., Перельмутер В.М., Денисов Е.В. Prognosis of different types of non-small cell lung cancer progression: current state and perspectives Cellular Physiology & Biochemistry, Vol. 55, S2, P. 29-48 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.33594/000000340
2. Геращенко Т.С., Щеголева А.А., Хозяинова А.А., Родионов Е.О., Панкова О.В., Перельмутер В.М., Денисов Е.В. Mutational landscape of metastatic lung squamous cell carcinoma associated with basal cell hyperplasia Annals of Oncology, Vol. 32, Suppl. 1, S8 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.annonc.2021.01.031
3. Хозяинова А.А., Киселев А.М., Щеголева А.А., Панкова О.В., Денисов Е.В. Мутационный ландшафт немелкоклеточного рака лёгкого у больных с различным типом предопухолевых изменений в эпителии бронхов Актуальные проблемы биомедицины – 2021: Материалы XXVII Всероссийской конференции молодых учёных с международным участием, С. 293-294 (год публикации - 2021)
4. Щеголева А.А., Геращенко Т.С., Киселёв А.М., Хозяинова А.А., Родионов Е.О., Панкова О.В., Перельмутер В.М., Денисов Е.В. Характеристика мутационного ландшафта плоскоклеточного рака лёгкого с высоким риском гематогенного метастазирования Russian Scientist, Т. 4, № 1, С. 13-16 (год публикации - 2021)
5. - Томские ученые выясняют роль наследственности в развитии метастазов рака легкого Новости сибирской науки, 20.08.2020 (год публикации - )
6. - Томские ученые выясняют роль наследственности в развитии метастазов рака легкого Sciencemon, 19.08.2020 (год публикации - )
7. - Томские ученые выясняют роль наследственности в развитии метастазов рака легкого Новости Томского НИМЦ, 31.07.2020 (год публикации - )
8. - Томские ученые выясняют роль наследственности в развитии метастазов рака легкого Официальный паблик Томского НИМЦ в социальной сети "Вконтакте", 31.07.2020 (год публикации - )
9. - Томские ученые выясняют роль наследственности в развитии метастазов рака легкого Официальный паблик Томского НИМЦ в социальной сети "Facebook", 31.07.2020 (год публикации - )
Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Второй этап проекта был направлен на решение двух задач: поиск герминальных генетических вариантов у больных НМРЛ с высоким и низким риском гематогенного метастазирования и создание панели генетических вариантов для предсказания риска гематогенного метастазирования НМРЛ. Для решения задач были выполнены следующие работы: сформирована проспективная группа больных НМРЛ (n=73), исследовано состояние эпителия бронхов в отдалении от первичного опухолевого очага (наличие изолированной БКГ - высокий риск метастазирования, отсутствие изменений бронхов - низкий риск метастазирования), создан банк ДНК образцов периферической крови пациентов, проведены полноэкзомное секвенирование (n=82) и биоинформатическая обработка данных (n=143), включая поиск SNPs и CNVs, специфичных для пациентов с высоким риском гематогенного метастазирования. Дополнительно оценен мутационный ландшафт НМРЛ у 16 пациентов с высоким и низким риском гематогенного метастазирования. С помощью полноэкзомного секвенирования ДНК периферической крови больных НМРЛ (n=143) идентифицированы SNPs (n=18) и CNVs (n=12), чаще встречающиеся у пациентов с изолированной базальноклеточной гиперплазией (БКГ) и, соответственно, с высоким риском метастазирования, по сравнению с пациентами с отсутствием предопухолевых изменений эпителия бронхов. Выделены SNPs и CNVs в генах FHOD1, ABCC2, TRIM48 SIRPB1 и др., ассоциированные с изолированной БКГ и гематогенным метастазированием НМРЛ. Cреди метастаз-ассоциированных SNPs выделены варианты, влияющие на экспрессию генов. Составлена панель герминальных генетических вариантов, ассоциированных с риском гематогенного метастазирования НМРЛ. Кроме того, получены предварительные данные о том, что для больных НМРЛ с высоким риском метастазирования характерен более выраженный мутаторный фенотип опухоли и высокая частота мутаций в генах регуляторах клеточной адгезии и актинового цитоскелета. Последующий этап проекта будет направлен на репликативный анализ метастаз-ассоциированных герминальных вариантов и продолжение анализа соматических генетических нарушений у пациентов с высоким и низким риском метастазирования НМРЛ.
Публикации
1. А.А. Щеголева, А.А. Хозяинова, Т.С. Геращенко, Л.Д. Жуйкова, Е.В. Денисов Metastasis prevention: targeting causes and roots Clinical & Experimental Metastasis, Clinical & Experimental Metastasis, published online 26 March 2022 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1007/s10585-022-10162-x
2. Панкова О.В.,Таширева Л.А., Родионов Е.О., Миллер С.В., Тузиков С.А., Письменный Д.С., Геращенко Т.С., Завьялова М.В., Вторушин С.В., Денисов Е.В., Перельмутер В.М. Premalignant Changes in the Bronchial Epithelium Are Prognostic Factors of Distant Metastasis in Non-Small Cell Lung Cancer Patients Frontiers in Oncology, Vol.11, 771802 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3389/fonc.2021.771802
3. Геращенко Т.С., Щеголева А.А., Хозяинова А.А., Воробьев Р.С., Родионов Е.О., Панкова О.В., Перельмутер В.М., Денисов Е.В. Mutational landscape of non-small cell lung carcinoma in patients with different types of premalignant bronchial lesions Annals of Oncology, VOL.32, SUPP. 5, S994 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/J.ANNONC.2021.08.1877
4. Т. Геращенко, А. Хозяинова, А. Щеголева, Р. Воробьев, Е. Родионов, Е. Топольницкий, Н. Шефер, О. Панкова, В. Перельмутер, Е. Денисов Germline genetic variants associated with different premalignant lesions in the bronchial epithelium Annals of Oncology, Annals of Oncology, 2022. – Vol. 33, Issue S2 S.113. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.annonc.2022.02.211
5. Щеголева А.А., Воробьев Р.С., Родионов Е.О. Особенности мутационного профиля плоскоклеточного рака лёгкого с высоким риском гематогенного метастазирования Сборник научных трудов XIV международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Том 4, с. 103-105 (год публикации - 2021)
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Третий этап проекта был направлен на решение следующих задач: репликативный анализ панели SNPs и CNVs, ассоциированных с высоким риском гематогенного метастазирования немелкоклеточного рака легкого (НМРЛ), оценка типа и частоты соматических мутаций у больных НМРЛ с высоким риском гематогенного метастазирования и создание панели соматических мутаций для предсказания риска гематогенного метастазирования НМРЛ. Для решения задач были выполнены следующие работы: проведено полноэкзомное секвенирование образцов ДНК периферической крови (n=29) и расширена исследуемая группа, сформирована независимая группа больных НМРЛ (n=109), проведена полимеразная цепная реакция для репликации SNP в гене TGOLN2 и CNV в гене SIRPB1, создан банк ДНК опухолевой ткани НМРЛ (n=70), проведены полноэкзомное секвенирование и биоинформатическая обработка данных, включая идентификацию SNVs, indels и CNAs, специфичных для пациентов с высоким риском гематогенного метастазирования. В ходе выполнения проекта получены следующие результаты. На расширенной и валидационной группах пациентов с НМРЛ обнаружена и подтверждена связь rs112065068 (2:85327310 C>T) в гене TGOLN2 и CNV (делеция 20:1588294-1605246) в гене SIRPB1 с частотой гематогенного метастазирования. При анализе мутационного ландшафта НМРЛ были обнаружены SNVs в генах RB1, EGFR, ARID1A, KMT2D, KEAP1, CUX1, PBRM1, NF1, RBM10, PLXNA4, FREM3, APOB, GRIN2B, HERC2, LRP2, MALRD1, NEB, PKHD1L1, DNAH11, COL6A3, RELN, CDH9, PRDM9, NPAP1, NRXN2, NPR3, ALKBH8, APC, SORCS3, KIF25, FCRL5, PRODH2, NAT1 и PDE4B, характерные для больных с наличием изолированной базальноклеточной гиперплазии в мелких бронхах в отдалении от первичной опухоли и, соответственно, высоким риском гематогенного метастазирования. Также выявлены амплификации регионов 1p36.21, 2p25.3, 3p12.3, 4p16.3, 5p15.33, 6p22.2, 8p23.1, 9p21.3, 11p15.5, 12p13.33, 13q12.11, 14q11.2, 15q11.2, 16p13.11, 17p13.3, 18p11.32, 19p13.2, 21p11.1, 22q11.1, Xp11.4, Xp22.32 и Yp11.2, встречающиеся в случаях с наличием метастазов. На основании полученных результатов сформированы панели генов, мутации которых встречаются у пациентов как с высоким риском метастазирования, так и уже с гематогенными метастазами. Таким образом, в ходе выполнения 3-го года проекта обнаружены герминальные варианты, ассоциированные с гематогенным метастазированием НМРЛ, охарактеризован мутационный ландшафт НМРЛ с высоким риском метастазирования, в т.ч. в зависимости от гистотипа, и выделены гены, мутации которых встречаются чаще или только при наличии отдаленных метастазов.
Публикации
1. Т.С. Геращенко, Р.С. Скитченко, А.А. Коробейникова, К.А. Куанышева, А.А. Хозяинова, Р.С. Воробьев, Е.О. Родионов, С.В. Миллер, Е.Б. Топольницкий, Н.А. Шефер, М.С. Анисименко, Л.Д. Жуйкова, М. Вашитш, О.В. Панкова, В.М. Перельмутер, Whole-exome sequencing reveals an association of rs112065068 in TGOLN2 gene with distant metastasis of non-small cell lung cancer Elsevier, Gene. – 2024. – Т. 920. – С. 148507. (год публикации - 2024) https://doi.org/10.1016/j.gene.2024.148507
2. Бокова У.А., Третьякова М.С., Щеголева А.А., Денисов Е.В. Модельные системы in vivo для исследований в онкологии Успехи молекулярной онкологии, - (год публикации - 2023)
3. Геращенко Т.С., Щеголева А.А., Хозяинова А.А., Чойнзонов Е.Л., Денисов Е.В. Metastasis prevention: How to catch metastatic seeds Elsevier, 1878(3):188867 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.bbcan.2023.188867
4. Панкова О.В., Таширева Л.А. , Родионов Е.О., Миллер С.В., Тузиков С.А., Геращенко Т.С., Письменный Д.С., Завьялова М.В., Денисов Е.В. и Перельмутер В.М. Эффективность предоперационной терапии в группах с высоким и низким риском гематогенного метастазирования при немелкоклеточном раке легкого Сибирский онкологический журнал, 21(6): 25-37 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.21294/1814-4861-2022-21-6-25-37
5. Хозяинова А.А., Щеголева А.А., Геращенко Т.С., Воробьев Р.С., Родионов Е.О., Панкова О.В., Перельмутер В.М., Денисов Е.В Мутационный профиль немелкоклеточного рака легкого с высоким риском метастазирования и рецидивирования Сборник тезисов III Всероссийской конференции «Высокопроизводительное секвенирование в геномике», Новосибирск, 19–24 июня 2022 года, III Всероссийская конференция “Высокопроизводительное секвенирование в геномике”. Тезисы - Новосибирск: Академиздат, 2022.- 122 с. ISBN 978-5-6047686-0-0 (год публикации - 2022)
6. Геращенко Т.С., Щеголева А.А., Родионов Е.О., Хозяинова А.А., Денисов Е.В., Панкова О.В., Цыганов М.М., Топольницкий Е.Б., Шефер Н.А., Куанышева К.А., Таширева Л.А., Перельмутер В.М. Клинико-патологические параметры больных немелкоклеточным раком легкого с различными типами предопухолевых изменений в эпителии бронхов -, 2022623706 (год публикации - )
7. - Тупик рака: ученые описали способы предотвращения развития метастазов Известия, 16 апреля 2023, раздел "Наука и техника" (год публикации - )
Возможность практического использования результатов
Сформированные панели генов представляют интерес для использования в клинической практике с целью предсказания риска гематогенного метастазирования рака легкого и последующей коррекции противоопухолевого лечения, направленного на предотвращение опухолевой прогрессии.