Уровень копийности генетических локусов и малоинвазивная оценка эффективности лучевой терапии у больных раком прямой кишки

Введение. Предоперационная лучевая терапия злокачественных опухолей прямой кишки не всегда эффективна, что связано с формированием радиорезистентности опухолевых клеток. Последняя может быть опосредована аберрантной копийностью генетических локусов.

Цель исследования – поиск молекулярно-генетических маркеров для малоинвазивной оценки эффективности лучевой терапии злокачественных опухолей прямой кишки.

Материалы и методы. Исследование проводили в 4 этапа: 1) биоинформационный анализ базы данных TCGA (The Cancer Genome Atlas) с использованием алгоритма GISTIC; 2) валидация данных биоинформационного анализа в модельном эксперименте на клеточной культуре; 3) исследование особенностей копийности генов, валидированных в модельном эксперименте, у пациентов с разным ответом на лучевую терапию; 4) определение показателя копийности генов во внеклеточной ДНК у пациентов с разным ответом на лучевую терапию. В исследовании добровольно участвовали 100 пациентов с аденокарциномой (G1–2) прямой кишки, а также 30 условно здоровых индивидуумов. Радиотерапию осуществляли по стандартному протоколу (разовая очаговая доза 2,4 Гр, суммарная очаговая доза 54 Гр) на линейном ускорителе Novalis TX. Показатель относительной копийности генетических локусов оценивали методом количественной полимеразной цепной реакции в режиме реального времени.

Результаты. Биоинформационный анализ выявил 32 локуса-кандидата. Валидация этих маркеров на клетках НТ-29, подвергнутых облучению, показала, что уровень копийности CASP9, BRCA2, H2AX и RBBP8 был повышен, а копийности BCL2 снижен относительно клеток, не подвергнутых облучению. У 74 пациентов с частичным ответом на лучевую терапию было обнаружено повышение копийности BRCA2, H2AX, RBBP8 и BCL2, что положительно коррелировало с показателем копийности этих генов во внеклеточной ДНК плазмы крови.

Заключение. Применение комплексного подхода, основанного на биоинформационном анализе базы данных TCGA, моделировании лучевой терапии на культуре клеток и валидации выявленных маркеров на образцах тканей и крови больных аденокарциномой прямой кишки, позволило выявить ассоциацию количества копий генов RBBP8, BRCA2, H2AX и BCL2 с эффективностью предоперационной лучевой терапии.

1. Кутилин Д.С., Гусарева М.А., Кошелева Н.Г. и др. Генетические и эпигенетические предикторы эффективности лучевой терапии опухолей прямой кишки. Современные проблемы науки и образования 2021;4. Доступно по: https://science-education.ru/ru/article/view?id=30963. DOI: 10.17513/spno.30963

2. Romano G.M., Bianco F., De Franciscis S., Belli A. The management of recurrent rectal cancer: a European perspective. In: Comprehensive Rectal Cancer Care. Ed. by M. Kwaan, A. Zbar. Springer, Cham: 2019. P. 521–536. DOI: 10.1007/978-3-319-98902-0_27

3. Cammà C., Giunta M., Fiorica F. et al. Preoperative radiotherapy for resectable rectal cancer: a meta-analysis. JAMA 2000;284(8):1008–15. DOI: 10.1001/jama.284.8.1008

4. Hearn N., Atwell D., Cahill K. et al. Neoadjuvant radiotherapy dose escalation in locally advanced rectal cancer: a systematic review and meta-analysis of modern treatment approaches and outcomes. Clin Oncol (R Coll Radiol) 2021;33(1):e1–e14. DOI: 10.1016/j.clon.2020.06.008

5. Sun W., Li G., Wan J. et al. Circulating tumor cells: a promising marker of predicting tumor response in rectal cancer patients receiving neoadjuvant chemo-radiation therapy. Oncotarget 2016;7(43):69507–17. DOI: 10.18632/oncotarget. 10875

6. Кутилин Д.С., Кошелева Н.Г., Гусарева М.А. и др. Копийность генов как фактор радиорезистентности клеток аденокарциномы толстой кишки линии HT-29. Современные проблемы науки и образования 2019;5. Доступно по: https://science-education.ru/ru/article/view?id=29224. DOI: 10.17513/spno.29224

7. Kutilin D.S., Tsandekova M.R., Porkhanova N.V. Features of the copy number variation of certain genes in tumor cells in patients with serous ovarian adenocarcinoma. Bull Exp Biol Med 2021;170(3):332–9. DOI: 10.1007/s10517-021-05062-1

8. Цандекова М.Р., Порханова Н.В., Кит О.И., Кутилин Д.С. Малоинвазивная молекулярная диагностика серозной аденокарциномы яичника высокой и низкой степени злокачественности. Онкогинекология 2021;4(40):35–49. DOI: 10.52313/22278710_2021_4_35

9. Kutilin D. Genetic and epigenetic bases of prostate tumor cell radioresistance. Klin Onkol 2021;34(3):220–34. DOI: 10.48095/ccko2021220

10. Кутилин Д.С., Кошелева Н.Г., Максимов А.Ю. и др. Влияние различных доз лучевой терапии на выживаемость клеток аденокарциномы толстой кишки линии HT-29. Современные проблемы науки и образования 2019;3. Доступно по: https://science-education.ru/ru/article/view?id=28918. DOI: 10.17513/spno.28918

11. Тамкович С.Н., Брызгунова О.Е. Циркулирующие НК в крови больных раком желудка и толстой кишки. Клинические исследования 2005;51(3):321–8.

12. Frydrych L.M., Ulintz P., Bankhead A. et al. Rectal cancer subclones respond differentially to neoadjuvant therapy. Neoplasia 2019;21(10):1051–62. DOI: 10.1016/j.neo.2019.08.004

13. Kim S.C., Shin Y.K., Kim Y.A. et al. Identification of genes inducing resistance to ionizing radiation in human rectal cancer cell lines: re-sensitization of radio-resistant rectal cancer cells through down regulating NDRG1. BMC Cancer 2018;18(1):594. DOI: 10.1186/s12885-018-4514-3

14. Ghadimi B.M., Grade M., Difilippantonio M.J. et al. Effectiveness of gene expression profiling for response prediction of rectal adenocarcinomas to preoperative chemoradiotherapy. J Clin Oncol 2005,23(9):1826–38. DOI: 10.1200/JCO.2005.00.406

15. Mandard A.M., Dalibard F., Mandard J.C. et al. Pathologic assessment of tumor regression after preoperative chemoradiotherapy of esophageal carcinoma. Clinicopathologic correlations. Cancer 1994;73(11):2680–6. DOI: 10.1002/1097-0142(19940601)73:11<2680::aid-cncr2820731105>3.0.co;2-c

16. Camps J., Grade M., Nguyen Q.T. et al. Chromosomal breakpoints in primary colon cancer cluster at sites of structural variants in the genome. Cancer Res 2008;68(5):1284–95. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-07-2864

17. Grade M., Gaedcke J., Wangsa D. et al. Chromosomal copy number changes of locally advanced rectal cancers treated with preoperative chemoradiotherapy. Cancer Genet Cytogenet 2009;193(1):19–28. DOI: 10.1016/j.cancergencyto. 2009.03.016

18. Diep C.B., Kleivi K., Ribeiro F.R. et al. The order of genetic events associated with colorectal cancer progression inferred from meta-analysis of copy number changes. Genes Chromosomes Cancer 2006;45(1):31–41. DOI: 10.1002/gcc.20261

19. Molinari C., Ballardini M., Teodorani N. et al. Genomic alterations in rectal tumors and response to neoadjuvant chemoradiotherapy: an exploratory study. Radiat Oncol 2011;6:161. DOI: 10.1186/1748-717X-6-161

20. Ashktorab H., Schäffer A.A., Daremipouran M. et al. Distinct genetic alterations in colorectal cancer. PLoS One 2010;5(1):e8879. DOI: 10.1371/journal.pone.0008879

21. Douglas J.K., Callahan R.E., Hothem Z.A. et al. Genomic variation as a marker of response to neoadjuvant therapy in locally advanced rectal cancer. Mol Cell Oncol 2020;7(3):1716618. DOI: 10.1080/23723556.2020.1716618

22. Козлов В.А. Свободная внеклеточная ДНК в норме и при патологии. Медицинская иммунология 2013;15(5):399–412. DOI: 10.15789/1563-0625-2013-5-399-412 Kozlov V.A. Free extracellular DNA is normal and pathological. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology 2013;15(5):399–412. (In Russ.). DOI: 10.15789/1563-0625-2013-5-399-412