Ретротранспозоны как фактор противоопухолевого иммунного ответа

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 проекта 23-14-00134

НазваниеРетротранспозоны как фактор противоопухолевого иммунного ответа

Руководитель Канапин Александр Артурович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-207 - Системная биология; биоинформатика

Ключевые слова ретротранспозоны, эпигенетика, онкоиммунология, вирусная мимикрия, протеомика

Код ГРНТИ34.03.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Повторяющиеся геномные последовательности, появившиеся в результате репликативного копирования и вставки ретротранспозонов (РТ), составляют более половины генома человека. В норме активность и распространение ретроэлементов ограничено эпигенетическими механизмами, обеспечивающими стабильность генома. В случае онкологической трансформации, эпигенетический ландшафт клеток резко меняется, что приводит к повышенной экспрессии мобильных генетических элементов, которые в этом случае приобретают функции эндогенных мутагенов и, как следствие, оказывают значительное влияние на процессы канцерогенеза, в том числе, на клональную эволюцию. Увеличение концентрации продуктов экспрессии транспозонов запускает эволюционные защитные механизмы, изначально предназначенные для борьбы с вирусами (например, индукция интерферонoвого ответа), и переводит клетку в состояние так называемой вирусной мимикрии. Более того, в рамках связанных с вышеуказанным явлением процессов, трансляция транспозонных мРНК, как правило, приводит к образованию многочисленных антигенных пептидов, многие из которых обладают способностью связываться с факторами гистосовместимости (MHC I) и стимулировать противоопухолевый иммунный ответ. В последние годы, работы сфокусированные на изучении механизмов как врождённого, так и адаптивного иммунного ответа в контексте явления вирусной мимикрии являются новым перспективным направлением исследований применительно к разработкам онковакцин. Недавние исследования позволили охарактеризовать многие клеточные факторы, вовлечённые в модуляцию иммунного ответа, вызываемого ретроэлементами. Однако связанные с ним молекулярные механизмы и процессы до сих пор не описаны полностью. Возможность контролируемой манипуляции активностью ретроэлементов позволит «включать» (т.е., по необходимости индуцировать) состояние вирусной мимикрии в опухолевых клетках, что, наряду с противодействием иммунносупрессивной активности опухоли, открывает широкие перспективы для разработки инновационных терапевтических подходов к лечению онкологических заболеваний. В ходе работы над проектом мы планируем найти и охарактеризовать прежде неизвестные генные регуляторные сети и элементы генома, связанные с контролем транскрипционной активности ретроэлементов в раковых и в нормальных клетках. То есть, как логично предположить, с основными факторами индукции вирусной мимикрии и прямым ее следствием ‒ производством неоантигенов. Мы изучим как именно модификации эпигенетического ландшафта, вызываемые лекарственными средствами, влияют на экспрессию транспозонов и на свойства антигенных пептидов, производимых ими. Детальный анализ высокопроизводительных транскриптомных данных и разработка новых вычислительных платформ позволит соединить воедино такие, на первый взгляд, мало связанные явления, как ингибирование эпигенетических модуляторов, экспрессия ретротранспозонов и активация врождённого иммунного ответа. В заключение необходимо отметить, что иммуногенность предсказанных пептидов будет проверена экспериментально с применением современных технологий иммунопептидомики. Также, в дальнейшем, разрабатываемая нами универсальная вычислительная среда может быть легко перепрофилирована для создания вакцин против инфекционных заболеваний.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бездворных И.В., Юдыцкий К.И., Черкасов Н.А., Самсонова А.А., Канапин А.А. Alembic: от разрозненных биологических данных к структурированным ресурсам Вавиловский журнал генетики и селекции (год публикации - 2026)

2. Юдыцкий К., Бездворных И., Казанцева А., Канапин А., Самсонова А. BSXplorer: analytical framework for exploratory analysis of BS-seq data BMC Bioinformatics (год публикации - 2024)
10.1186/s12859-024-05722-9

3. Юдыцкий К., Самсонова А., Канапин А. Retrotransposons expression controls: hubs and networks Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая международная мультиконференция. Тезисы докладов (год публикации - 2024)
10.18699/bgrs2024-2.1-25

4. Юдыцкий К., Бездворных И., Самсонова А., Канапин А. Unlocking DNA methylation with BSXplorer Биоинформатика регуляции и структуры геномов / системная биология: Четырнадцатая международная мультиконференция : Тезисы докладов (год публикации - 2024)
10.18699/bgrs2024-1.2-25

5. Бате-Эя Л., Альбарак Г., Карр С., Стреча А., Канапин А., Самсонова А., Ла Танг Н Sustained cancer-relevant alternative RNA splicing events driven by PRMT5 in high-risk neuroblastoma Molecular Oncology (год публикации - 2024)
10.1002/1878-0261.13702

6. Канапин А.А., Бездворных И.В., Горбачев А.А., Канов Е.В., Самсонова А.А. Ретротранспозоны: новые мишени для противоопухолевой иммунотерапии XII Международная научно-практическая конференция «МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИАГНОСТИКА» СБОРНИК ТРУДОВ, XII Международная научно-практическая конференция «МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИАГНОСТИКА» СБОРНИК ТРУДОВ, с. 57-58. (год публикации - 2025)

7. Павлов С., Дук М., Самсонова А., Гурский В., Самсонова М., Канапин А. Bioenergetic Model of Retrotransposon Activity in Cancer Cells Life, Life (Basel). 2025 Aug 23;15(9):1338. doi: 10.3390/life15091338. PMID: 41010280; PMCID: PMC12471206. (год публикации - 2025)
10.3390/life15091338

8. Бездворных И.В.,Станин В.А., Самсонова А.А., Канапин А.А. Приоритизация неоантигенов на основе интегральной оценки их иммуногенных свойств Биофизика (год публикации - 2026)

9. Канапин А.А., Самсонова А.А. Ретротранспозоны и snp: комплементарные маркеры популяционной динамики Биофизика (год публикации - 2026)

10. Энговатова А. В., Канапин А. А., Самсонова А. А., Мустафин Х. Х., Альборова И. Э., Чечеткина О. Ю., Васильев С. В., Медникова М. Б. Идентификация древних патогенов: Streptococcus pneumoniae в образцах ДНК из четырех погребений Волосово-Даниловского могильника фатьяновской культуры Stratum Plus, Stratum Plus, N2, 2025, pp. 155-174 (год публикации - 2025)
10.55086/sp252155174

11. Энговатова А. В. , Канапин А. А., Самсонова А. А., Мустафин Х. Х., Альборова И. Э. , Чечеткина О. Ю. , Медникова М. Б. Наследие предков и болезни: североевропейский геном и генетическое бремя ярославцев домонгольской эпохи Stratum Plus (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Основной задачей этого года была разработка интегрированной системы предсказания опухолевых неоэпитопов - уникальных пептидов, производимых раковыми клетками, способных вызвать иммунный ответ. Mы создали метод оценки того, насколько хорошо эти неоантигены могут активировать иммунную систему. Хотя существующие инструменты оценивают отдельные аспекты иммуногенности (например, насколько сильно антигены связываются с иммунными белками), им не хватает комплексного подхода. Нашей целью было создание комбинированной метрики, учитывающей множество факторов иммунного ответа, таких как аффинность связывания пептидов с белками лавного комплекса гистосовместимости (MHC, major histocompatibility complex) и общая иммуногенность. Разработанная нами модульная вычислительная среда также позволяет учитывать характеристики иммунной системы как отдельного пациента, так и конкретных популяций, что открывает возможности для создания персонализированных противораковых вакцин. Используя репозиторий данных, созданный нами на первом году реализации проекта мы проанализировали 428 транскриптомных экспериментов чтобы найти и охарактеризовать последовательности мРНК - потенциальные продуценты неоантигенов, производимых мобильными элементами. Применяя алгоритмы кластерного анализа, мы сгруппировали похожие последовательности, получив около 4500 групп транскриптов с высокой гомологией. Из них, для более глубокого анализа мы отобрали 767 репрезентативных последовательностей для которых выполнили предсказание опухолевых неоантигенов. Дополнительно, мы создали базы данных белков, кодируемых транскриптами-продуцентами неоантигенов с разными уровнями экспрессии. Такие базы необходимы для обработки результатов, получаемых в экспериментах по масс-спектрометрии белков. В заключение мы провели эксперименты на клеточных линиях, полученных из различных типов опухолей и выделили препараты пептидов, связывающихся с белками MHC. Полученные препараты в настоящее время используются в первых экспериментах по масс-спектрометрии.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В течение 2025 года наш научный коллектив успешно реализовал программу, разработки и экспериментальной валидации вычислительной платформы для предсказания и приоритизации опухоле-ассоциированных неоантигенов. Основные усилия были сосредоточены на совершенствовании программного обеспечения и на анализе экспериментальных данных для подтверждения точности предсказаний. В частности, была проведена глубокая модернизация ранее созданного программного пакета для предсказания неоантигенов. Для обеспечения удобства и универсальности использования система была сделана кросс‒платформенной, что позволяет пользователям развернуть всю систему на своём компьютере, независимо от операционной системы, без необходимости самостоятельной установки зависимостей. Также, был оптимизирован и усовершенствован сам алгоритм приоритизации пептидов. Для исключения избыточности в результатах, когда в итоговый список попадало множество очень похожих пептидов, был интегрирован новый модуль кластеризации. Он группирует схожие пептиды, оставляя в финальном списке только наиболее перспективного представителя с наивысшим интегральным показателем иммуногенности (IIS) для каждого кластера. Это решение позволяет получить более компактные и информативные результаты, соответствующие задачам исследования. Наконец, был создан отдельный модуль для анализа вариабельности последовательностей. Этот инструмент особенно важен при работе с возбудителями инфекционных заболеваний или гетерогенными опухолями, где существует множество схожих, но не идентичных штаммов или вариантов клеток. Модуль анализирует множественные выравнивания последовательностей белков или нуклеиновых кислот и для каждого предсказанного неоантигена проводит анализ вариабельности региона, из которого он получен. Таким образом, отдается предпочтение более консервативным пептидам, что повышает шансы на успех вакцины против изменчивых патогенов или опухолей. Для валидации предсказаний неоантигенов, полученных с помощью разработанной системы, были проведены эксперименты на культурах опухолевых клеток человека и мыши. Метод иммунопреципитации с последующим масс-спектрометрическим анализом позволил идентифицировать специфичные пептиды, происходящие из ретротранспозонов различных типов. Все обнаруженные пептиды были ранее предсказаны нашей вычислительной платформой, что стало ключевым подтверждением ее эффективности. Анализ также показал, что ингибирование белка PRMT5 меняет репертуар представленных неоантигенов, повышая экспрессию примерно для 40% из них, что открывает новые возможности для терапевтического вмешательства. Итогом года стала усовершенствованная и верифицированная практическим применением программная платформа, которая представляет собой мощный инструмент для исследователей. Она позволяет формировать ранжированные списки кандидатов-неоантигенов, что критически важно для конструирования вакцин не только в онкологии, но и в борьбе с инфекционными болезнями. Полученные данные свидетельствуют о большом потенциале ретротранспозонов, как нового источника опухолеспецифичных антигенов. Результаты исследований были представлены на международной конференции MolDX2025 в Москве и изложены в научной статье, находящейся на стадии рецензирования. Описание усовершенствованного алгоритма приоритизации также принято к печати в статье «Приоритизация неоантигенов на основе интегральной оценки их иммуногенных свойств». Разработанный программный пакет находится в открытом доступе в репозитории GitHub, что способствует его широкому распространению и использованию в целях фундаментальной науки и, возможно, клинической практики.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта создают значимый научно-технологический задел для экономики и социальной сферы, формируя основу для инноваций в области биомедицины. Разработанная вычислительная платформа для предсказания опухолевых неоантигенов представляет полнофунцкиональный прототип, который может быть использован в виде программного обеспечения или облачного сервиса для фармацевтических компаний. Это способствует импортозамещению критических биоинформатических решений. Практическое применение разработок открывает путь к созданию новых терапевтических продуктов, в частности персонализированных противораковых вакцин. Их внедрение в перспективе позволит повысить эффективность лечения онкологических заболеваний, что напрямую направлено на улучшение качества жизни.