Genetic and epigenetic predictors of tongue squamous cell carcinoma sensitivity to platinum drugs

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Background. Treatment of locally advanced malignant tumors of the tongue at the present stage of development of clinical oncology is a difficult task and is an important problem in oncology. The aim — to screen for genetic and epigenetic predictors of locally advanced tongue cancer sensitivity to platinum therapy. Methods. A comprehensive clinical and molecular genetic examination was carried out in 100 patients with locally advanced malignant tumors of the tongue, as well as 30 donors without oncological pathology. The study used a new method for the treatment of locally advanced squamous cell carcinoma of the tongue using 2-stage superselective embolization as a component of complex treatment. At the first stage, a screening bioinformatics analysis was carried out to form a panel of genetic loci associated with sensitivity to therapy with platinum drugs. The determination of the relative copy number and expression of these loci responsible for repair and for the proliferation regulation and apoptosis was performed by Real-Time qPCR. Results. Integration of RNA-seq datasets, copy number variation data, and relevant clinicopathological information from TCGA and GEO databases allowed us to identify 65 genetic loci associated with sensitivity to platinum therapy. These genes were validated in patient biological material. Laboratory screening showed differential expression of BRCA1, BLM, ERCC1, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1, BCL2, ERBB2, MAGEH1, NGFRAP1, and CASP8 genes, correlating with changes in their tissue copy numbers, between groups of patients sensitive and resistant to platinum therapy. The profile of gene copy numbers of BRCA1, BLM, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1, CASP8, MAGEH1 and NGFRAP1 was detected in the blood plasma of patients with squamous cell carcinoma of the tongue, which was differential for two groups of patients — sensitive and resistant to platinum therapy. Based on bootstrap models, the final gene panel was obtained: BLM/NGFRAP1, BRCA1/MAGEH1, EXO1/RAD50, BLM/CASP8, BRCA1/RAD50 and BRCA1/EXO1, providing diagnostic sensitivity at the level of 95% and specificity at the level of 90% (AUC 0.98) when dividing patients into a group sensitive and resistant to platinum therapy. Conclusion. Comprehensive bioinformatics analysis of RNA sequencing data, gene copy number data, and clinical and pathological information from the TCGA and GEO databases, as well as laboratory screening of potential predictors, allowed us to obtain a panel of genes — BLM/NGFRAP1, BRCA1/MAGEH1, EXO1/RAD50, BLM/CASP8, BRCA1/RAD50, and BRCA1/EXO1, the combination of which provides high diagnostic sensitivity and specificity in dividing patients into a group susceptible and resistant to platinum therapy.

Full Text

Обоснование

В структуре онкологической заболеваемости в Российской Федерации злокачественные опухоли полости рта составляют 30,8 на 100 тыс. человек [1]. Рак языка среди злокачественных опухолей полости рта занимает 1-е место [2]. Несмотря на доступность клиническому осмотру и хорошую визуализацию этой области, большая часть (70–80%) пациентов поступает на лечение в III и IV стадиях заболевания. Поздняя диагностика обусловливает высокий процент развития рецидивов, практически при каждом втором случае, что повышает показатель смертности в течение 1-го года с момента установления диагноза злокачественного новообразования языка [3]. Опухоли данной локализации характеризуются ранним инфильтративным ростом и частым метастазированием в региональные лимфатические узлы [4]. В 2021 г. в мире рак ротовой полости привел к более 135 тыс. летальных случаев (GBD 2021 Mortality Causes of Death Collaborators, 2022). В России, по данным 2018 г., заболеваемость раком полости рта составляет 26 случаев на 100 тыс. населения, что на 11,5% выше по сравнению с 2011 г.

В настоящее время, согласно практическим рекомендациям RUSSCO, стандартным подходом лечения местно-распространенных форм рака языка являются хирургическое лечение, лучевая терапия и/или химиотерапия [4]. Лечение местно-распространенных злокачественных опухолей головы и шеи, заключающееся в использовании хирургического, лучевого методов, химиотерапии и их комбинаций, представляет чрезвычайно сложную и ответственную задачу [5]. Основным этапом в комбинированном и комплексном лечении рака органов головы и шеи является хирургический. Поиски путей улучшения результатов лечения больных со злокачественными опухолями органов головы и шеи привели к использованию на различных этапах лечебного процесса лекарственных противоопухолевых средств. Однако попытки улучшить результаты лечения рака языка за счет только индукционной химио/химиолучевой терапии оказались малоэффективны. Очевидно, что в отношении этих опухолей следует вести более агрессивную тактику лечения [6]. Необходима разработка новых способов лечения рака языка, учитывающих молекулярно-генетические характеристики опухоли, особенно в отношении определения ее чувствительности к применяемым химиотерапевтическим средствам.

Цель настоящего исследования — скрининг генетических и эпигенетических предикторов чувствительности местно-распространенного рака языка к терапии препаратами платины.

Методы

Работа выполнена в ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава России за период с 2017 по 2022 г. Проанализированы данные комплексного клинического и молекулярно-генетического обследования 130 больных с местно-распространенными злокачественными опухолями языка, а также 30 добровольцев без онкологической патологии (группа условно здоровых добровольцев).

Дизайн исследования

В исследовании использован новый способ лечения местно-распространенного плоскоклеточного рака языка с использованием двухтапной суперселективной эмболизации в качестве компонента комплексного лечения. Данный способ позволит усилить воздействие противоопухолевого препарата цисплатина на опухоль и перитуморальную зону, что даст возможность сократить объем опухоли и обеспечить оптимальную радикальность оперативного лечения, а также уменьшить кровопотерю во время хирургического вмешательства.

В качестве объектов исследования нами выбраны следующие группы пациентов:

  1. основная — 100 больных с впервые установленным диагнозом плоскоклеточного рака языка III, IV стадий, которым проведено лечение по указанному выше способу;
  2. условно здоровых добровольцев — 30 человек без онкологической патологии.

На первом этапе лечения проводилось рентген-эндоваскулярное вмешательство в следующем объеме: масляная химиоэмболизация сосудов опухоли языка противоопухолевым препаратом (цисплатин в дозе 100 мг/м2). Через 7–10 дней, после реализации эффекта химиопрепарата, осуществлялась эмболизация сосудов опухоли микроспиралями. На следующий день после эмболизации проводилось хирургическое лечение в объеме, адекватном распространенности опухоли. Адъювантная лучевая терапия выполнялась в стандартном режиме.

Для 50 больных основной группы показана высокая чувствительность к проводимой терапии, еще для 50 пациентов клинически значимый эффект от применения цисплатина не был установлен.

Чувствительность к терапии цисплатином оценивалась по изменению клинической симптоматики (уменьшение боли и ихорозного запаха) и размеров опухоли (оценивался процент регрессии опухоли). Процент регрессии определяли при выполнении СРКТ после проведения терапии. Чувствительными к проводимой терапии считали пациентов, у которых наблюдались частичная регрессия опухоли и уменьшение клинической симптоматики. Резистентными к проводимой терапии считали пациентов, у которых наблюдались стабилизация или прогрессирование опухолевого процесса на фоне значительного усиления клинической симптоматики. Дизайн исследования представлен на рис. 1.

 

Рис. 1. Дизайн исследования

 

Критерии включения: первичный резектабельный рак языка (Т2-4N0-2M0) без предшествующего лечения; возраст старше 18 лет; морфологическая верификация опухоли; наличие информированного добровольного согласия на участие в исследовании.

Критерии невключения: отказ больного от участия в исследовании.

Критерии исключения: отзыв информированного согласия.

Условия проведения

Исследование проводилось на базе отделения опухолей головы и шеи и лаборатории молекулярной онкологии ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии» Минздрава России.

Этическая экспертиза

Протокол от 24 января 2017 г. № 6/1 заседания этического комитета ФГБУ «Ростовский научно-исследовательский онкологический институт» Минздрава России.

Биоинформатический анализ данных

Набор данных экспрессии генов был загружен с GEO (Gene Expression Omnibus) и содержал информацию по 15 образцам плоскоклеточного рака языка и 15 нормальным тканям языка (характеристики пациентов представлены в приложении).

Идентификацию дифференциально-экспрессирующихся генов (ДЭГ, DEG) между злокачественными и незлокачественными тканями осуществляли с помощью GEO2R. Исчерпывающий набор функциональных аннотаций предоставлен базой данных DAVID. Сеть PPI DEG была построена с использованием онлайн-базы данных Search Tool for the Retrieval of Intecting Genes (STRING). Гены-концентраторы были отобраны с помощью программного обеспечения Cytoscape.

Набор данных из Genomic Data Commons Data Portal (https://portal.gdc.cancer.gov/) содержал информацию по образцам 156 пациентов (характеристики пациентов представлены в приложении). Для получения данных использовали пакет TCGABiolinks языка R v. 4.0.0 в оболочке Rstudio. Для идентификации областей генома, размер которых значительно увеличивался или уменьшался в ряде образцов опухолей, применяли алгоритмы GISTIC версии 2.0.22, MutSig и RAE [7].

Перечень дифференциально-экспрессирующихся генов сравнивался с данными по копийности. Коррекция на групповой эффект (batch effect) осуществлялась с помощью пакета SVA (язык R). В экспериментальную часть работы были включены только локусы, имеющие сонаправленные изменения экспрессии и копийности.

Определение показателя относительной копийности

Материалом для исследования послужили биопсийные образцы тканей 100 пациентов. Экстракция образцов ДНК была выполнена с использованием набора реактивов «ДНК-сорб-В» («АмплиСенс», Россия) согласно инструкции производителя. Для определения относительной копийности генов с использованием базы данных NCBI GenBank были разработаны последовательности 68 пар синтетических олигонуклеотидов (праймеров, прямых и обратных), включая 3 пары для референсных локусов (ACTB, B2M, GAPDH).

Определение относительной копийности генетических локусов проводили методом Real-Time qPCR с флуоресцентным красителем EVA-Green. Амплификация каждой пробы осуществлялась в трех повторах. Усредненные данные по каждому генетическому локусу нормировались по усредненному показателю референсных генов для получения величины ΔCt:

ΔCt = Ct (среднее исследуемого гена) – Ct (среднее геометрическое референсных генов).

Копийность генетического локуса (rC) рассчитывали по формуле

rC = Е–ΔCt ,

где Е — эффективность амплификации, рассчитанная по формуле

E = 10–1/k ,

где k — коэффициент из уравнения прямой C(T) = klog P0 + b, полученного путем линейной аппроксимации экспериментальных данных; Е = 1,945.

Далее вычисляли медиану rCоп для опухолевых образцов клеток и медиану rCн для контрольных образцов по каждому генетическому локусу и рассчитывали кратность изменения (fold change, FC) копийности генов в опухолевых образцах по отношению к контрольным [8]:

FC = rCопухоль / rCнорма = E–ΔCt(опухоль) / E–ΔCt(контроль).

Определение показателя относительной копийности генов во внеклеточной ДНК (внДНК) плазмы крови

Для получения внДНК использовали кровь, взятую путем венопункции у 100 больных раком языка и у 30 доноров без онкологической патологии (контрольная группа). Плазму крови отделяли центрифугированием (30 мин, 2000 об/мин, t = 10 °С). Из плазмы выделяли внДНК фенол-хлороформным методом. Оценку показателя относительной копийности генов проводили методом количественной ПЦР в режиме реального времени (RT-qPCR) с флуоресцентным красителем EVA-Green. Разработка последовательности синтетических олигонуклеотидов (праймеров) осуществлялась с помощью Primer-BLAST и базы данных GenBank (NCBI). В качестве референсного гена для нормализации полученных показателей RT-qPCR был выбран GAPDH.

Относительную копийность (rC) рассчитывали по формуле, описанной Д.С. Кутилиным [8]:

rC = rCо/rCн = E–ΔCt(образцов от больных) : : ECt(образцов от условно здоровых),

где Е — эффективность ПЦР-амплификации, рассчитанная по формуле E = 10–1/k, где k — коэффициент уравнения прямой C(T) = klog P0 + b, полученной в ходе линейной аппроксимации данных экспериментальных постановок ПЦР; усредненное значение Е = 1,914; ΔCt — разница между средним геометрическим Ct (гена-мишени) и средним геометрическим Ct (референсного гена) [8].

Оценка экспрессии генов

Выделение и очистку фракции тотальной РНК производили с помощью набора RNeasy Plus Universal Mini Kit (Qiagen, Германия) согласно протоколу производителя. Для наработки кДНК готовили реакционную смесь, содержащую 5 мкМ рандомных праймеров, 1 × RT буфер, 0,5 мМ dNTP микс, 0,5 ед. акт./ мкл RNase Inhibitor, 5 U/ мкл ReverseTranscriptase ММLV. Методом количественной ПЦР в режиме реального времени RT-qPCR определяли величины относительной экспрессии генетических локусов. В качестве референсных после серии предварительных экспериментов использовали — GAPDH, ACTB и B2M. Полученные данные подвергали статистической обработке. Относительную экспрессию () рассчитывали по формуле

= 2–ΔΔCt.

Методы статистической обработки полученных данных

Cтатистическую обработку результатов выполняли с помощью программы Statistica 10.0 (StatSoft, США). Для проведения кластерного анализа (Hierarchical Clustering, Euclidean distance) и построения тепловых карт использовали скрипты на языке R. Нормальность распределения показателей оценивали с помощью критерия Колмогорова–Смирнова. Оценку различий проводили с использованием критерия Манна–Уитни для порогового уровня статистической значимости р < 0,05, для учета множественного сравнения применяли поправку Бонферрони.

Для выявления общих сигнальных путей исследуемых генов использовали алгоритм «сетевой интеграции нескольких ассоциаций», который предсказывает функцию и положение гена в составе сложной сети из множества других генов, а также рассчитывает оценку (W-value) для каждой точки построенной сети, отражающую силу связи между соседними точками [9].

Для выбора минимальных наборов генов и построения предсказательных моделей использовали LASSO-пенализованную логистическую регрессию. Операции проводили при помощи языка программирования R (v. 4.0.1) в оболочке RStudio. Коэффициент регуляризации L1 определяли при помощи k-мерной кросс-валидации. Для предотвращения переобучения модели проводили оптимизацию L1 при помощи генерации 2000 повторных выборок методом bootstrap. В каждой выборке данные были случайно разделены на обучающую и тестовую группы. Эффективность модели, построенной на основе обучающей группы, оценивали на данных тестовой группы и записывали площадь под ROC-кривой и показатель Бриера. Оптимальным считали значение L1, соответствующее наименьшему значению показателя Бриера. Важность для каждой переменной определяли путем подсчета доли bootstrap-моделей, в которых эта переменная имела ненулевой коэффициент. Окончательную модель строили на основе всех данных, используя оптимальное значение L1.

Результаты

На первом этапе нашего исследования был использован и проанализирован набор данных из базы Gene Expression Omnibus (GEO) для получения перечня дифференциально экспрессирующихся генов (DEG) между тканями опухоли и незлокачественными тканями. Впоследствии был проведен анализ путей Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG), анализ обогащения генной онтологии (GO) и сетевой анализ белок-белкового взаимодействия (PPI) для характеристики молекулярных механизмов, лежащих в основе канцерогенеза и прогрессирования данного типа опухолей. Всего было идентифицировано 648 дифференциально экспрессирующихся генов (рис. 2, А) и 26 узловых генов, которые могут быть потенциальными мишенями для клинической диагностики и терапии плоскоклеточного рака языка (рис. 2, Б).

 

Рис. 2. «Вулкан плот» и сеть PPI DEG: A — DEG были выбраны с кратным изменением ≥ 2 или ≤ –2 и скорректированным p-значением < 0,05. Зеленая точка показывает, что экспрессия гена в опухоли была вдвое меньше, чем в нормальных тканях, тогда как красная точка — что экспрессия гена в опухоли более чем в 2 раза выше относительно нормальных тканей (p < 0,05). Черные точки представляют гены, которые не считались дифференциально экспрессируемыми; Б — сеть PPI DEG была построена с использованием Cytoscape, PPI — белок-белковое взаимодействие, DEG — дифференциально экспрессируемые гены

 

Для анализа биологической классификации DEGs анализ обогащения путей GO и KEGG был выполнен с использованием DAVID (табл. 1). Результаты анализа GO показали, что изменения в биологических процессах ДЭГ в основном связаны с «процессами в мышечной системе», «организацией внеклеточного матрикса», «сокращением мышц», «организацией внеклеточной структуры» и «скольжением мышечных волокон». Молекулярные функции DEG включали «связывание актина», «связывание с цитоскелетным белком» и «связывание актинина». Анализ пути KEGG показал, что ДЭГ в основном обогащены «взаимодействием внеклеточного матрикса (ЕСМ) с рецептором», «очаговой адгезией», «метаболизмом лекарственного средства — цитохромом P450» и «химическим канцерогенезом».

 

Таблица 1. Анализ обогащения путей GO и KEGG ДЭГ при раке языка

 

Описание

Число генов в наборе

p-значение

GO: 0003012

Процесс мышечной системы

54

1,63 × 10−19

GO: 0030198

Организация внеклеточного матрикса

49

1,86 × 10−19

GO: 0043062

Организация внеклеточной структуры

49

2,12 × 10 19

GO: 0006936

Сокращение мышц

48

7,41 × 10−19

GO: 0030049

Скольжение мышечной нити

19

7,21 × 10−18

GO: 0003779

Связывание актина

42

1,61 × 10−11

GO: 0008307

Структурная составляющая мышцы

15

1,63 × 10−11

GO: 0008092

Связывание с белками цитоскелета

63

2,75 × 10−10

GO: 0005198

Структурная активность молекулы

58

1,91 × 10−09

GO: 0042805

Связывание актинина

9

2,04 × 10−06

GO: 0044421

Часть внеклеточной области

233

1,75 × 10−23

GO: 0005576

Внеклеточная область

258

4,88 × 10−22

GO: 0043292

Сократительное волокно

45

9,81 × 10−22

GO: 0030017

Саркомер

41

3,45 × 10−21

GO: 0030016

Миофибриллы

43

6,08 × 10−21

hsa04512

ECM-рецепторное взаимодействие

18

8,56 × 10−10

hsa05146

Амебиаз

17

1,28 × 10−07

hsa04510

Очаговая адгезия

22

1,30 × 10−06

hsa00982

Метаболизм препарата-цитохром Р450

12

6,32 × 10 −06

hsa05204

Химический канцерогенез

12

3,11 × 10−05

hsa05414

Дилатационная кардиомиопатия

12

4,95 × 10−05

hsa05410

Гипертрофическая кардиомиопатия

11

1,31 × 10−04

hsa00830

Метаболизм ретинола

9

8,20 × 10−04

Примечание. GO — генная онтология; KEGG — Киотская энциклопедия генов и геномов; ДЭГ — дифференциально экспрессируемые гены.

 

Используя подключаемый модуль MCODE Cytoscape, 26 генов идентифицировано как гены-концентраторы. Результаты анализа путей GO и KEGG показали, что гены-концентраторы были в основном обогащены «организацией внеклеточного матрикса», «катаболическим процессом коллагена», «организацией внеклеточной структуры», «катаболическим процессом многоклеточного организма», «процессом метаболизма коллагена» и «каскадом комплемента и коагуляции». Сеть генов-концентраторов и их коэкспрессируемых генов анализировали с помощью cBioPortal for Cancer Genomics (рис. 3, A). Иерархическая кластеризация показала, что экспрессия генов-концентраторов может отличать образцы рака от нормальных образцов (рис. 3, Б). 22 из 26 генов-концентраторов было высокоэкспрессировано в опухолях по сравнению с нормальными тканями, тогда как экспрессия четырех генов (MMRN1/ECM1/EXCL12/CFD) была относительно высокой в нормальных тканях. Кроме того, иерархическая кластеризация показала, что статус инфекции ВПЧ (рис. 3, В) и P16 (рис. 3, Г) отрицательно связан с экспрессией гена, хотя механизмы остаются неизвестными.

 

Рис. 3. Анализ генов-концентраторов и их коэкспрессируемых генов, а также иерархическая кластеризация генов-концентраторов: A — гены-концентраторы и их коэкспрессируемые гены, проанализированные с помощью cBioPortal. Узлы с жирными черными контурами представляют собой гены-концентраторы, узлы с тонкими черными контурами — коэкспрессируемые гены. Цвет в круге представляет собой полное изменение гена в геномных профилях, включая повышенную и пониженную экспрессию. Интенсивность цвета указывает на большее изменение. Синяя стрелка обозначает изменение состояния; зеленая — контроль-экспрессии; Б — образцы, сгруппированные коричневой полосой, не являются злокачественными образцами, а образцы, сгруппированные синей полосой, являются образцами рака языка; В, Г — образцы, сгруппированные коричневой полосой, являются HPV-положительными образцами, а образцы, сгруппированные синей полосой, — HPV-отрицательными. Красный цвет указывает на активацию генов, а синий — на подавление активности генов

 

Общий анализ выживаемости был выполнен с использованием кривых Каплана–Мейера на онлайн-платформе cBioPortal. Пациенты с высокой экспрессией интерлейкина 8 (IL-8), IL-1B и члена 1 семейства серпинов (SERPINA1) имели худшую общую выживаемость и худшую выживаемость без заболевания. Oncomine анализ опухолевых тканей по сравнению с нормальными тканями показал, что IL-8, IL-1B и SERPINA1 были сверхэкспрессированы при раке. Более высокие уровни экспрессии мРНК IL-8 (p = 6,30 × 10–9) и IL-1B (p = 3,48 × 10–6) были связаны со статусом ВПЧ-инфекции HPV. Однако уровни экспрессии мРНК SERPINA1 не были связаны со статусом инфекции ВПЧ.

Ряд исследований показал, что ВПЧ-инфекция играет определенную роль в патогенезе опухолей головы и шеи [10]. Онкоминологический анализ рака продемонстрировал, что экспрессия мРНК IL-8, IL-1B и SERPINA1 была выше в группе HPV-отрицательных по сравнению с таковой в группе HPV-положительных [11]. В нашем исследовании набор данных проанализирован для получения дифференциально экспрессирующихся генов между опухолевыми и нормальными тканями. Кроме того, данные указывают на то, что ряд дифференциально экспресирующихся генов связан с сигнальными путями «химического канцерогенеза» и «лекарственного метаболизма», соответственно, может участвовать в чувствительности к химиотерапии.

Результаты анализа копийности генов с помощью алгоритма GISTIC2

В настоящее время накоплены значительные объемы данных о копийности генов в клетках опухолей, в том числе при плоскоклеточном раке языка. Чтобы подобрать перечень потенциальных молекулярных маркеров для оценки ответа этих опухолей на терапию, мы использовали данные проекта The Cancer Genome Atlas (TCGA), которые были извлечены с портала Genomic Data Commons. Портал содержит информацию о мутациях, метилировании ДНК, транскриптоме, экспрессии микро-РНК и копийности генов в образцах тканей 156 пациентов с диагнозом «плоскоклеточный рак языка». GISTIC идентифицирует области генома, размер которых значительно увеличивается или уменьшается в ряде образцов опухолей. Конвейер сначала фильтрует нормальные образцы из сегментированных данных по копийности, проверяя коды TCGA, и затем выполняется GISTIC версии 2.0.22. В этом анализе было использовано 156 образцов опухолей и обнаружено 27 значимых результатов на уровне фрагментов хромосом, 28 значительных очаговых амплификаций и 48 значительных очаговых делеций. На рис. 4 изображено геномное положение амплифицированных и делецированных участков: на оси X представлены нормализованные уровни амплификации/ делеции (вверху) и значимость по Q-value (внизу). Зеленая линия устанавливает границу значимости при значении Q = 0,25. Проведен анализ связи между значительной изменчивостью числа копий генов в 76 участках хромосом и чувствительностью к препаратам платины. Для оценки статистической значимости использовали двусторонний точный критерий Фишера с применением функции fisher. test в языке R. По результатам анализа изменение копийности генов в двух хромосомных локусах — 11q23.1 и 14q32.32 — ассоциировано с чувствительностью к препаратам платины. В участке 11q23.1 гена снижают свою копийность 84 гена, в участке 14q32.32 — 282 гена.

 

Рис. 4. Геномное положение амплифицированных и делетированных областей

 

Кроме того, из базы CellMiner v. 2.5 были загружены данные по соединениям платины и транскриптому/копийности генов для линий раковых клеток. Для определения корреляции между чувствительностью к лекарственным препаратам платины и экспрессией/копийностью генов был проведен корреляционный анализ Спирмена (|cor| > 0,3; а также p-значение < 0,01). Интеграция наборов данных секвенирования РНК (RNA-seq), данных о вариациях числа копий (CNV) и соответствующей клинико-патологической информации из базы данных TCGA и Gene Expression Omnibus (GEO) позволила выделить ряд генетических локусов, ассоциированных с чувствительностью к терапии препаратами платины (цисплатином):

  1. гены, отвечающих за репарацию ДНК, — BRCA1, BRCA2, BLM, NBS1, DDB1, ERCC1, ERCC2, ERCC4, ERCC5, OGG1, DMC1, BAP1, RAD17, TOP3A, RNF168, DNMT1, RAD21, EXO1, CDK7, MSH3, POLK, CCNO, ERCC8, ATAD5, XRCC4, RAD50, CCNH, FTO, PIAS1, TIPIN, PIF1, PARP1, HMGB2, LIG1, POLH, POLB и APTX;
  2. гены, отвечающие за регуляцию апоптоза, — BAX, BCL2, CASP3, CASP8, P53, MDM2, TIAF1, TRAF4, MAP3K1, FOXD1, PML, PIK3R1, FOXI1, HSPA4, RASA1, PERP, DAPK2, HSPA6, TUBB4B, ERBB2, BNIP3, MCL1, MAGEH1, RHOB, BCL7C, RNF7, BCL2L10 и NGFRAP1.

Указанный перечень генов был валидирован в проведенной нами экспериментальной работе.

Экспериментальный скрининг молекулярно-генетических предикторов чувствительности опухолевых клеток языка к препаратам платины

До начала лечения брались образцы биопсии. В ДНК, выделенной из этих образцов, оценивали уровень копийности 65 генов — BRCA1, BRCA2, BLM, NBS1, DDB1, ERCC1, ERCC2, ERCC4, ERCC5, OGG1, DMC1, BAP1, RAD17, TOP3A, RNF168, DNMT1, RAD21, EXO1, CDK7, MSH3, POLK, CCNO, ERCC8, ATAD5, XRCC4, RAD50, CCNH, FTO, PIAS1, TIPIN, PIF1, PARP1, HMGB2, LIG1, POLH, POLB, APTX, BAX, BCL2, CASP3, CASP8, P53, MDM2, TIAF1, TRAF4, MAP3K1, FOXD1, PML, PIK3R1, FOXI1, HSPA4, RASA1, PERP, DAPK2, HSPA6, TUBB4B, ERBB2, BNIP3, MCL1, MAGEH1, RHOB, BCL7C, RNF7, BCL2L10 и NGFRAP1. Результаты по копийности генов в этих группах представлены на рис. 5.

 

Рис. 5. Показатель относительной копийности генов в образцах больных плоскоклеточным раком языка, чувствительных и резистентных к препаратам платины

Примечание. Статистически значимые отличия: * — от нормальной ткани (p < 0,01); ** — между двумя группами больных (p < 0,01).

 

Обнаружены статистически значимые (p < 0,01) отличия между образцами пациентов, чувствительных (группа 1) и резистентных (группа 2) к терапии, по копийности следующих генов: BRCA1 (в 3,2 раза выше в группе 2); BLM (в 6,3 раза выше в группе 2); NBS1 (в 5,2 раза выше в группе 2); ERCC1 (в 7,5 раза выше в группе 2); ERCC2 (в 5,0 раза выше в группе 2); EXO1 (в 3,0 раза выше в группе 2); RAD50 (в 3,6 раза выше в группе 2); PIF1 (в 4,7 раза выше в группе 2); LIG1 (в 13,0 раз выше в группе 2); BAX (в 2,8 раза ниже в группе 2); BCL2 (в 2,7 раз выше в группе 2); CASP3 (в 1,9 раз ниже в группе 2); CASP8 (в 2,6 раза ниже в группе 2); PML (в 2,1 раза ниже в группе 2); RASA1 (в 2,0 раза ниже в группе 2); ERBB2 (в 2,8 раза выше в группе 2); MAGEH1 (в 5,0 раз ниже в группе 2); NGFRAP1 (в 3,9 раза ниже в группе 2).

Таким образом, обнаружено отличие в копийности 18 генетических локусов между пациентами, чувствительными к терапии препаратами платины и резистентными к ней. Так, ген BLM кодирует геликазу, которая участвует в гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Ген NBS1 кодирует белок нибрин, также связанный с репарацией двухцепочечных разрывов, приводящих к значительному повреждению генетической информации. Этот белок — член NBS1/hMre11/Rad50 комплекса репарации двойных разрывов ДНК (более известного как MRN-комплекс). Этот комплекс опознает повреждение ДНК и быстро перемещаетcя в поврежденные сайты [12]. NBS1 сверхэкспрессируется при некоторых раковых заболеваниях — предстательной железы [13], головы и шеи [14, 15].

Ген ERCC1 кодирует белок эксцизионной репарации ДНК. Вместе с ERCC4 он образует ферментный комплекс ERCC1-XPF, который участвует в репарации и рекомбинации ДНК. Клетки с инвалидизирующими мутациями в ERCC1 более чувствительны, чем обычно, к определенным агентам, повреждающим ДНК, включая ультрафиолетовое излучение и химические вещества, вызывающие перекрестное связывание между цепями ДНК [16]. Продукт гена EXO1 взаимодействует с Msh2 и участвует в репарации и гомологичной рекомбинации ДНК [17].

Ген PIF1 кодирует ДНК-зависимый фермент, метаболизирующий аденозинтрифосфат, который функционирует как геликаза ДНК от 5’ до 3’. Кодируемый белок может разрушать структуры G-квадруплекса и гибриды РНК–ДНК на концах хромосом. Он также предотвращает удлинение теломер, ингибируя действие теломеразы. Ген LIG1 кодирует ДНК-лигазу I, которая участвует в репликации ДНК и процессе эксцизионной репарации оснований. ДНК-лигаза I выполняет функцию лигирования одноцепочечных разрывов ДНК на заключительном этапе эксцизионной репарации. Мутации в LIG1, приводящие к дефициту ДНК-лигазы I, обусловливают повышенную чувствительность к агентам, повреждающим ДНК [18]. Ген RAD50 кодирует белок, участвующий в репарации двойных разрывов цепочки ДНК. Этот белок образует комплекс с MRE11 и NBS1. Данный комплекс MRN связывается с поврежденными концами ДНК и представляет многочисленные ферментативные активности, необходимые для репарации двойных разрывов.

Ген PML кодирует белок — член семьи TRIM. Этот фосфопротеин локализуется в ядерных тельцах, где функционирует как фактор транскрипции и супрессор опухолевого роста. Его экспрессия приводит к остановке клеточного цикла и регулирует экспрессию P53 в ответ на онкогенные сигналы. Белок, кодируемый геном RASA1 (RAS P21 Protein Activator 1), расположен в цитоплазме и является частью семейства GAP1-белков, активирующих GTPase. Продукт гена стимулирует активность GTPase нормального RAS p21, но не его онкогенного аналога. Действуя как супрессор функции RAS, этот белок усиливает слабую внутреннюю ГТФазную активность белков RAS, что приводит к образованию неактивной формы RAS, связанной с GDP. Это позволяет контролировать клеточную пролиферацию и дифференцировку.

Ген MAGEH1 принадлежит к подгруппе РT-генов суперсемейства меланомо-ассоциированного антигена (MAGE). Кодируемый белок связан с апоптозом, остановкой клеточного цикла, ингибированием роста или дифференцировкой клеток. Белок может быть вовлечен в передачу сигналов atRA через путь STAT1-альфа.

Ген NGFRAP1 контролирует апоптоз в неопластически трансформированных клетках после повреждения ДНК, что несущественно для развития, но влияет на клеточную адгезию и передачу сигналов фактора роста в трансформированных клетках. Ген NGFRAP1 участвует во внутриклеточной транспортировке ряда белков, также он необходим для стабильности и переноса в ядро AKT1/AKT, что способствует выживанию эндотелиальных клеток во время развития сосудов, служит зависимым от микротрубочек сигналом, который необходим для образования сократительного кольца миозина во время цитокинеза клеточного цикла.

Продукт гена BCL2 (B-cell lymphoma 2) является антиапоптозным белком, контролирующим проницаемость митохондриальной мембраны и ингибирующим каспазы вследствие предотвращения выхода цитохрома C из митохондрий и за счет связывания белка APAF1, активирующего апоптоз. Поэтому повышенная копийность данного гена может приводить к увеличению его транскрипционной активности и тем самым ингибировать апоптические процессы.

Гены CASP-3 и CASP-8 кодируют эффекторную каспазу 3 и инициаторную каспазу 8, критическую для запуска внешнего пути апоптоза. Запущенный каспазный каскад расщепляет другие клеточные мишени и приводит к реализации запрограммированной клеточной гибели [19].

Таким образом, с чувствительностью к терапии препаратами платины связаны генетические локусы, ответственные за репарацию ДНК, контроль пролиферации и апоптоза.

Следующим этапом работы явился анализ влияния изменения копийности этих генов на их транскрипционную активность.

Экспериментальный скрининг эпигенетических предикторов чувствительности опухолевых клеток языка к препаратам платины

Из образцов биопсии, полученных у больных плоскоклеточным раком языка до начала лечения, выделяли тотальную РНК, проводили обратную транскрипцию и оценивали уровень относительной экспрессии 18 генов (BRCA1, BLM, NBS1, ERCC1, ERCC2, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1, BAX, BCL2, CASP3, CASP8, PML, RASA1, ERBB2, MAGEH1 и NGFRAP1), показавших дифференциальную копийность в двух группах пациентов, чувствительных и резистентных к терапии (рис. 6).

 

Рис. 6. Особенности относительной экспрессии генов у больных плоскоклеточным раком языка, чувствительных и резистентным к препаратам платины

Примечание. Статистически значимые отличия: * — от нормальной ткани (p < 0,01); ** — между двумя группами больных (p < 0,01).

 

Обнаружены статистически значимые (p < 0,01) отличия между образцами пациентов, чувствительных (группа 1) и резистентных (группа 2) к терапии, по экспрессии следующих генов: BRCA1 (в 4,7 раза выше в группе 2); BLM (в 8,0 раза выше в группе 2); ERCC1 (в 3,0 раза выше в группе 2); EXO1 (в 19,5 раз выше в группе 2); RAD50 (в 7,0 раза выше в группе 2); PIF1 (в 12,7 раза выше в группе 2); LIG1 (в 16,0 раза выше в группе 2); BCL2 (в 2,3 раза выше в группе 2); CASP8 (в 7,6 раза ниже в группе 2); ERBB2 (в 3,2 раза выше в группе 2); MAGEH1 (в 2,7 раза ниже в группе 2); NGFRAP1 (в 2,8 раза ниже в группе 2). В целом экспрессия данных генетических локусов положительно коррелировала с их копийностью (r — от 0,549 до 0,871). Таким образом, увеличение экспрессии генов BRCA1, BLM, ERCC1, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1, BCL2, ERBB2 и снижение экспрессии генов MAGEH1, NGFRAP1 и CASP8 ассоциированы с резистентностью опухолевых клеток к препаратам платины.

Регуляция экспрессии генов — сложный биологический процесс, зависящий от числа копий гена, уровня метилирования и экспрессии некодирующих РНК [8]. Поэтому в нашем исследовании и наблюдается неполное соответствие изменения копийности генов и их экспрессии. Соответственно, отсутствие дифференциальной экспрессии генов NBS1, ERCC2, BAX, CASP3, PML и RASA1 между группами больных говорит об иных механизмах (помимо копийности), влияющих на их транскрипцию. Дифференциальная экспрессия генов BRCA1, BLM, ERCC1, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1, BCL2, ERBB2, MAGEH1, NGFRAP1 и CASP8, коррелирующая с изменением числа их копий, между группами больных может служить функциональным подтверждением влияния показателя копийности этих генов на чувствительность опухолевых клеток к препаратам платины. А сами показатели копийности BRCA1, BLM, ERCC1, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1, BCL2, ERBB2, MAGEH1, NGFRAP1 и CASP8 можно рассматривать как потенциальные маркеры чувствительности к терапии.

Показатель копийности генов во внеклеточной ДНК как предиктор чувствительности рака языка к препаратам платины

В настоящее время разработка высокоэффективных малоинвазивных подходов молекулярной диагностики и определение чувствительности к терапии невозможны без скрининга молекулярно-генетических маркеров во внДНК плазмы крови [20]. В качестве подобных маркеров особый интерес представляет показатель числа копий генов (Copy Number Variation, CNV) — особая форма полиморфизма, приводящая к изменению копийности генетического локуса и его экспрессии [19]. В плазме крови основными источниками внДНК являются ядерная и митохондриальная ДНК соматических или опухолевых клеток, подвергшихся процессам апоптоза и некроза, ДНК клеток крови и ДНК микроорганизмов [20]. Проведенный выше анализ позволил сформировать список генетических локусов, пoказатeль кoпийнoсти которых обладает значительным потенциалом для малоинвазивного определения чувствительности опухолей плоскоклеточного рака языка к терапии препаратами платины. На внДНК, выделенной из плазмы 50 пациентов с плоскоклеточным раком языка, чувствительных к терапии, и 50 пациентов с плоскоклеточным раком языка, резистентным к терапии, а также 30 условно здоровых доноров, проведена валидация потенциальных маркеров. В ходе валидации обнаружено статистически значимое (р < 0,005) отличие в копийности девяти генетических локусов между двумя группами пациентов (рис. 7).

 

Рис. 7. Особенности относительной копийности генов у больных плоскоклеточным раком языка, чувствительных и резистентным к препаратам платины, во внДНК плазмы крови

Примечание. Статистически значимые отличия: * — от условно здоровых доноров (p < 0,01); ** — между двумя группами больных (p < 0,01).

 

Так, обнаружена повышенная копийность генов BRCA1, BLM, EXO1, RAD50, PIF1 и LIG1 соответственно в 4,4 раза (р < 0,005), 3,9 (р < 0,05), 11,0 (р < 0,001), 6,0 (р < 0,01), 2,0 (р < 0,005) и 12,0 раза (р < 0,05) во внДНК у больных, резистентных к терапии препаратами платины, относительно больных, чувствительных к терапии. При этом обнаружена сниженная копийность генов CASP8, MAGEH1 и NGFRAP1 соответственно в 2,6 раза (р < 0,01), 2,0 (р < 0,05) и 1,8 раза (р < 0,05) во внДНК у больных, резистентных к терапии препаратами платины, относительно больных, чувствительных к терапии. Таким образом, в плазме крови больных плоскоклеточным раком языка обнаружен профиль копийности генов BRCA1, BLM, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1, CASP8, MAGEH1 и NGFRAP1, дифференциальный для двух групп пациентов — чувствительных и резистентных к терапии препаратами платины.

Основываясь на этих данных, далее формирование диагностической панели генов маркеров чувствительности к терапии осуществляли на основе 66 пар генов. Попарное объединение 12 генов дает 66 их комбинаций:

C(n, r) = n! / (r! × (nr)!), т.е.

С122=12!2!(12-2)=12!2!10!=66.

Для оценки диагностической значимости выбранных генов был проведен анализ их способности классифицировать пациентов на группу чувствительных или резистентных при помощи ROC-кривых. ROC-кривые со значением площади под кривой (AUC) не менее 0,70 представлены на рис. 8. Для пары генетических локусов BLM/NGFRAP1 значение AUC было 0,81; для BRCA1/MAGEH1 — 0,74; EXO1/RAD50 — 0,72 и PIF1/CASP8 — 0,70.

 

Рис. 8. ROC-кривые классификации групп больных плоскоклеточным раком языка, чувствительных (сплошная линия) и резистентных (прерывистая линия) к терапии, на основании показателя копийности генов. Представлены ROC-кривые со значением AUC ≥ 0,70

 

Из представленных на рис. 8 данных видно, что ни одна из пар маркеров не позволяет полностью разделить группы пациентов. Поэтому для получения надежной диагностической панели генов применили математический подход, основанный на LASSO-пенализованной логистической регрессии и оптимизированный при помощи bootstrap-наборов данных (рис. 9).

 

Рис. 9. LASSO-пенализованная модель для логистической регрессии уровня относительной копийности генетических локусов во внДНК плазмы крови: A — распределение регрессионных коэффициентов в bootstrap-наборах данных; Б — важность переменных в bootstrap-моделях; В — ROC-кривые для классификации образцов при помощи оптимизированной (сплошная линия) и неоптимизированной (прерывистая линия) моделей

 

На основании bootstrap-моделей получена финальная панель генов: BLM/NGFRAP1, BRCA1/MAGEH1, EXO1/ RAD50, BLM/CASP8, BRCA1/RAD50 и BRCA1/ EXO1. Такое сочетание генов обеспечивает диагностическую чувствительность на уровне 95%, а специфичность — на уровне 90% (AUC — 0,98) при разделении на группы пациентов, чувствительных и резистентных к терапии препаратами платины.

Заключение

Комплексный биоинформатический анализ данных секвенирования РНК (RNA-seq), данных о вариациях числа копий (CNV) и соответствующей клинико-патологической информации из базы данных TCGA и Gene Expression Omnibus (GEO) позволил выделить 65 генетических локусов, ассоциированных с чувствительностью к терапии препаратами платины. Лабораторный скрининг генетических и эпигенетических предикторов показал наличие дифференциальной экспрессии генов BRCA1, BLM, ERCC1, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1, BCL2, ERBB2, MAGEH1, NGFRAP1 и CASP8, коррелирующей с изменением числа их копий, между группами больных, чувствительных и резистентных к терапии препаратами платины. Во внДНК у больных, резистентных к терапии препаратами платины, обнаружена повышенная копийность генов BRCA1, BLM, EXO1, RAD50, PIF1 и LIG1 и сниженная копийность генов CASP8, MAGEH1 и NGFRAP, что свидетельствует об ассоциации с чувствительностью злокачественных плоскоклеточных опухолей языка к терапии цисплатином генетических локусов, ответственных за репарацию ДНК (BRCA1, BLM, ERCC1, EXO1, RAD50, PIF1, LIG1), контроль пролиферации и апоптоза (BCL2, ERBB2, MAGEH1, NGFRAP1 и CASP8). На основании bootstrap-моделей получена панель генов — BLM/ NGFRAP1, BRCA1/MAGEH1, EXO1/RAD50, BLM/CASP8, BRCA1/RAD50 и BRCA1/EXO1, сочетание которых обеспечивает высокую диагностическую чувствительность и специфичность при разделении на группы пациентов, восприимчивых и резистентных к терапии препаратами платины.

Дополнительная информация

Источник финансирования. Исследование выполнено в рамках государственного задания.

Конфликт интересов. Авторы данной статьи подтвердили отсутствие конфликта интересов, о котором необходимо сообщить.

Участие авторов. О.И. Кит — разработка дизайна исследования, научное редактирование текста статьи; М.А. Енгибарян — разработка дизайна исследования, анализ и интерпретация данных, научное редактирование текста статьи; А.К. Гварамия — сбор биологического материала, выполнение экспериментальной (клиническая) части работы, подготовка текста рукописи; В.Л. Волкова — сбор биологического материала, первичная обработка данных; Н.А. Чертова — первичная обработка биологического материала, выполнение экспериментальной (клинической) части работы; Д.С. Кутилин — разработка основной концепции исследования, проведение биоинформатического анализа, выполнение экспериментальной (молекулярной) части работы, написание текста рукописи. Все авторы статьи внесли существенный вклад в организацию и проведение исследования, прочли и одобрили окончательную версию рукописи перед публикацией.

 

Приложение. Данные из проектов TCGA-HNSC и GEO

№ п/п

Идентификатор

Пол

Возраст

Локализация опухоли

ВПЧ*

1

TCGA-CV-7406

Мужской

49

Основание языка

N

2

TCGA-CR-6472

Мужской

59

Основание языка

N

3

TCGA-DQ-7593

Мужской

58

Основание языка

N

4

TCGA-BA-6871

Мужской

75

Основание языка

N

5

TCGA-BB-4225

Мужской

73

Основание языка

N

6

TCGA-BB-4228

Мужской

50

Основание языка

N

7

TCGA-F7-A61V

Мужской

54

Основание языка

N

8

TCGA-BB-7861

Мужской

56

Основание языка

N

9

TCGA-CV-6950

Мужской

64

Основание языка

N

10

TCGA-CV-5439

Мужской

62

Основание языка

N

11

TCGA-DQ-7591

Мужской

62

Основание языка

N

12

TCGA-HD-8224

Мужской

63

Основание языка

N

13

TCGA-CN-A6V6

Мужской

59

Основание языка

N

14

TCGA-CN-A6UY

Мужской

57

Основание языка

N

15

TCGA-DQ-7594

Мужской

47

Основание языка

N

16

TCGA-CV-6943

Мужской

74

Основание языка

N

17

TCGA-T2-A6WZ

Мужской

53

Основание языка

N

18

TCGA-BB-7871

Женский

64

Основание языка

N

19

TCGA-CR-5250

Мужской

71

Основание языка

N

20

TCGA-CR-6477

Женский

56

Основание языка

N

21

TCGA-F7-A620

Мужской

47

Основание языка

N

22

TCGA-МЗ-А7D7

Мужской

51

Основание языка

N

23

TCGA-HD-8314

Мужской

58

Основание языка

N

24

TCGA-P3-A5QE

Мужской

49

Основание языка

N

25

OSCC_1 (GEO)

Мужской

50

Язык (не уточнен)

26

OSCC_2 (GEO)

Мужской

33

Язык (не уточнен)

+

27

OSCC_3 (GEO)

Мужской

45

Язык (не уточнен)

+

28

OSCC_4 (GEO)

Мужской

48

Язык (не уточнен)

29

OSCC_5 (GEO)

Мужской

22

Язык (не уточнен)

+

30

OSCC_6 (GEO)

Женский

48

Язык (не уточнен)

31

OSCC_7 (GEO)

Мужской

49

Язык (не уточнен)

32

OSCC_8 (GEO)

Женский

37

Язык (не уточнен)

+

33

OSCC_9 (GEO)

Женский

21

Язык (не уточнен)

+

34

OSCC_10 (GEO)

Мужской

46

Язык (не уточнен)

35

OSCC_11 (GEO)

Женский

50

Язык (не уточнен)

36

OSCC_12 (GEO)

Женский

34

Язык (не уточнен)

+

37

OSCC_13 (GEO)

Мужской

37

Язык (не уточнен)

38

OSCC_14(GEO)

Женский

36

Язык (не уточнен)

39

OSCC_15 (GEO)

Мужской

42

Язык (не уточнен)

40

TCGA-CQ-5329

Женский

46

Язык (не уточнен)

N

41

TCGA-CN-6998

Мужской

53

Язык (не уточнен)

N

42

TCGA-CR-7392

Женский

67

Язык (не уточнен)

N

43

TCGA-CQ-5333

Мужской

74

Язык (не уточнен)

N

44

TCGA-CV-7438

Женский

87

Язык (не уточнен)

N

45

TCGA-QK-AA3K

Мужской

60

Язык (не уточнен)

N

46

TCGA-CQ-6219

Женский

50

Язык (не уточнен)

N

47

TCGA-CR-7393

Мужской

26

Язык (не уточнен)

N

48

TCGA-HD-7831

Мужской

74

Язык (не уточнен)

N

49

TCGA-CN-4736

Женский

70

Язык (не уточнен)

N

50

TCGA-DQ-5631

Мужской

52

Язык (не уточнен)

N

51

TCGA-BA-A6DE

Женский

70

Язык (не уточнен)

N

52

TCGA-CV-5971

Мужской

60

Язык (не уточнен)

N

53

TCGA-CV-6945

Мужской

41

Язык (не уточнен)

N

54

TCGA-F7-A50J

Женский

67

Язык (не уточнен)

N

55

TCGA-UF-A7JS

Мужской

59

Язык (не уточнен)

N

56

TCGA-CV-A45P

Женский

82

Язык (не уточнен)

N

57

TCGA-CV-7103

Мужской

49

Язык (не уточнен)

N

58

TCGA-CV-5979

Мужской

26

Язык (не уточнен)

N

59

TCGA-CV-5970

Мужской

59

Язык (не уточнен)

N

60

TCGA-CN-4737

Мужской

19

Язык (не уточнен)

N

61

TCGA-BA-A6DB

Женский

24

Язык (не уточнен)

N

62

TCGA-CQ-7065

Мужской

40

Язык (не уточнен)

N

63

TCGA-HD-8634

Женский

51

Язык (не уточнен)

N

64

TCGA-CV-5976

Мужской

50

Язык (не уточнен)

N

65

TCGA-CN-6017

Мужской

55

Язык (не уточнен)

N

66

TCGA-CV-6933

Мужской

53

Язык (не уточнен)

N

67

TCGA-CX-7085

Женский

77

Язык (не уточнен)

N

68

TCGA-IQ-A61K

Женский

70

Язык (не уточнен)

N

69

TCGA-CN-6024

Мужской

66

Язык (не уточнен)

N

70

TCGA-BB-7863

Женский

43

Язык (не уточнен)

N

71

TCGA-CN-A498

Женский

61

Язык (не уточнен)

N

72

TCGA-MT-A51X

Мужской

30

Язык (не уточнен)

N

73

TCGA-CV-7236

Женский

77

Язык (не уточнен)

N

74

TCGA-CN-4725

Мужской

60

Язык (не уточнен)

N

75

TCGA-CV-6954

Мужской

59

Язык (не уточнен)

N

76

TCGA-CV-6961

Мужской

61

Язык (не уточнен)

N

77

TCGA-CQ-5325

Мужской

65

Язык (не уточнен)

N

78

TCGA-CV-6003

Женский

50

Язык (не уточнен)

N

79

TCGA-WA-A7H4

Мужской

69

Язык (не уточнен)

N

80

TCGA-D6-6825

Мужской

73

Язык (не уточнен)

N

81

TCGA-CN-4742

Женский

48

Язык (не уточнен)

N

82

TCGA-CR-7372

Мужской

45

Язык (не уточнен)

N

83

TCGA-CN-6996

Женский

58

Язык (не уточнен)

N

84

TCGA-QK-A652

Мужской

60

Язык (не уточнен)

N

85

TCGA-BA-4077

Женский

45

Язык (не уточнен)

N

86

TCGA-CV-6934

Женский

66

Язык (не уточнен)

N

87

TCGA-CV-5977

Мужской

66

Язык (не уточнен)

N

88

TCGA-CV-7255

Женский

32

Язык (не уточнен)

N

89

TCGA-DQ-5625

Женский

52

Язык (не уточнен)

N

90

TCGA-CN-5370

Мужской

78

Язык (не уточнен)

N

91

TCGA-D6-A4Z9

Мужской

59

Язык (не уточнен)

N

92

TCGA-IQ-A6SH

Мужской

55

Язык (не уточнен)

N

93

TCGA-BB-4224

Мужской

52

Язык (не уточнен)

N

94

TCGA-CV-6441

Мужской

60

Язык (не уточнен)

N

95

TCGA-CQ-5327

Женский

61

Язык (не уточнен)

N

96

TCGA-CN-5367

Женский

60

Язык (не уточнен)

N

97

TCGA-CQ-6218

Женский

52

Язык (не уточнен)

N

98

TCGA-C9-A47Z

Женский

72

Язык (не уточнен)

N

99

TCGA-CR-7390

Мужской

67

Язык (не уточнен)

N

100

TCGA-CV-A6JT

Мужской

65

Язык (не уточнен)

N

101

TCGA-CV-A465

Мужской

24

Язык (не уточнен)

N

102

TCGA-BA-4075

Мужской

49

Язык (не уточнен)

N

103

TCGA-4P-AA8J

Мужской

66

Язык (не уточнен)

N

104

TCGA-CV-7238

Женский

69

Язык (не уточнен)

N

105

TCGA-F7-A61S

Мужской

62

Язык (не уточнен)

N

106

TCGA-CV-6952

Женский

65

Язык (не уточнен)

N

107

TCGA-P3-A5QA

Мужской

41

Язык (не уточнен)

N

108

TCGA-IQ-A61L

Женский

72

Язык (не уточнен)

N

109

TCGA-CR-7391

Женский

36

Язык (не уточнен)

N

110

TCGA-CV-A45T

Женский

64

Язык (не уточнен)

N

111

TCGA-CQ-6221

Мужской

79

Язык (не уточнен)

N

112

TCGA-D6-8569

Мужской

52

Язык (не уточнен)

N

113

TCGA-CV-6436

Мужской

62

Язык (не уточнен)

N

114

TCGA-F7-A50G

Мужской

66

Язык (не уточнен)

N

115

TCGA-CV-A6JO

Мужской

69

Язык (не уточнен)

N

116

TCGA-CV-6956

Мужской

67

Язык (не уточнен)

N

117

TCGA-D6-6515

Женский

82

Язык (не уточнен)

N

118

TCGA-F7-A61W

Мужской

51

Язык (не уточнен)

N

119

TCGA-CV-5973

Женский

62

Язык (не уточнен)

N

120

TCGA-IQ-A61H

Мужской

76

Язык (не уточнен)

N

121

TCGA-CV-6951

Мужской

57

Язык (не уточнен)

N

122

TCGA-CV-A45R

Мужской

46

Язык (не уточнен)

N

123

TCGA-DQ-5630

Мужской

73

Язык (не уточнен)

N

124

TCGA-HD-A6HZ

Женский

79

Язык (не уточнен)

N

125

TCGA-KU-A6H8

Мужской

41

Язык (не уточнен)

N

126

TCGA-CQ-5330

Женский

69

Язык (не уточнен)

N

127

TCGA-CQ-6229

Мужской

61

Язык (не уточнен)

N

128

TCGA-CN-A642

Мужской

57

Язык (не уточнен)

N

129

TCGA-CR-7397

Мужской

44

Язык (не уточнен)

N

130

TCGA-BA-4074

Мужской

69

Язык (не уточнен)

N

131

TCGA-CV-7104

Женский

61

Язык (не уточнен)

N

132

TCGA-CQ-A4CH

Мужской

58

Язык (не уточнен)

N

133

TCGA-CV-A6JU

Женский

61

Язык (не уточнен)

N

134

TCGA-CR-6493

Мужской

69

Язык (не уточнен)

N

135

TCGA-DQ-5624

Женский

43

Язык (не уточнен)

N

136

TCGA-BA-A6DG

Мужской

49

Язык (не уточнен)

N

137

TCGA-HD-8635

Женский

61

Язык (не уточнен)

N

138

TCGA-BA-6873

Мужской

28

Язык (не уточнен)

N

139

TCGA-IQ-A6SG

Женский

61

Язык (не уточнен)

N

140

TCGA-CV-7446

Мужской

66

Язык (не уточнен)

N

141

TCGA-BB-A6UO

Женский

61

Язык (не уточнен)

N

142

TCGA-CR-7394

Мужской

70

Язык (не уточнен)

N

143

TCGA-CV-7180

Мужской

34

Язык (не уточнен)

N

144

TCGA-IQ-A61E

Женский

55

Язык (не уточнен)

N

145

TCGA-CV-A6K0

Мужской

58

Язык (не уточнен)

N

146

TCGA-CV-6433

Мужской

57

Язык (не уточнен)

N

147

TCGA-CQ-7072

Мужской

51

Язык (не уточнен)

N

148

TCGA-IQ-A61J

Мужской

54

Язык (не уточнен)

N

149

TCGA-DQ-7592

Мужской

57

Язык (не уточнен)

N

150

TCGA-CQ-6224

Мужской

52

Язык (не уточнен)

N

151

TCGA-CN-4733

Мужской

61

Язык (не уточнен)

N

152

TCGA-CQ-A4CA

Мужской

‘--

Язык (не уточнен)

N

153

TCGA-D6-A4ZB

Мужской

61

Язык (не уточнен)

N

154

TCGA-CQ-A4CE

Женский

76

Язык (не уточнен)

N

155

TCGA-CQ-6222

Мужской

63

Язык (не уточнен)

N

156

TCGA-CR-7401

Мужской

64

Язык (не уточнен)

N

157

TCGA-CV-6939

Мужской

60

Язык (не уточнен)

N

158

TCGA-C9-A480

Женский

45

Язык (не уточнен)

N

159

TCGA-CV-6941

Мужской

51

Язык (не уточнен)

N

160

TCGA-BA-7269

Мужской

61

Язык (не уточнен)

N

161

TCGA-H7-A6C4

Женский

35

Язык (не уточнен)

N

162

TCGA-CN-A640

Женский

40

Язык (не уточнен)

N

163

TCGA-MT-A67A

Женский

85

Язык (не уточнен)

N

164

TCGA-CN-6019

Мужской

61

Язык (не уточнен)

N

165

TCGA-CV-6959

Мужской

48

Язык (не уточнен)

N

166

TCGA-CR-7382

Мужской

49

Язык (не уточнен)

N

167

TCGA-CR-6488

Женский

68

Язык (не уточнен)

N

168

TCGA-UP-A6WW

Мужской

58

Язык (не уточнен)

N

169

TCGA-CV-7243

Мужской

50

Язык (не уточнен)

N

170

TCGA-D6-6823

Мужской

50

Язык (не уточнен)

N

171

TCGA-CN-6016

Мужской

64

Язык (не уточнен)

N

Примечание. N — нет информации; «–» — ВПЧ отсутствует.

×

About the authors

Oleg I. Kit

National Medical Research Center for Oncology

Author for correspondence.
Email: rnioi@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-3061-6108
SPIN-code: 1728-0329

MD, PhD, Professor, Corresponding Member of the RAS

Russian Federation, 63 bldg 12 Line 14, 344037, Rostov-on-Don

Marina A. Engibaryan

National Medical Research Center for Oncology

Email: rnioi@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-7293-2358
SPIN-code: 1764-0276

MD, PhD

Russian Federation, 63 bldg 12 Line 14, 344037, Rostov-on-Don

Astanda K. Gvaramiya

National Medical Research Center for Oncology

Email: rnioi@list.ru
ORCID iD: 0000-0003-3546-6014
SPIN-code: 2700-3410

MD

Russian Federation, 63 bldg 12 Line 14, 344037, Rostov-on-Don

Victoria L. Volkova

National Medical Research Center for Oncology

Email: rnioi@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-8291-0750
SPIN-code: 8289-6300

MD, PhD

Russian Federation, 63 bldg 12 Line 14, 344037, Rostov-on-Don

Natalia A. Chertova

National Medical Research Center for Oncology

Email: rnioi@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-9279-9408
SPIN-code: 7051-4574

MD, PhD

Russian Federation, 63 bldg 12 Line 14, 344037, Rostov-on-Don

Denis S. Kutilin

National Medical Research Center for Oncology

Email: k.denees@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8942-3733
SPIN-code: 8382-4460

PhD (Biology), Leading Researcher

Russian Federation, 63 bldg 12 Line 14, 344037, Rostov-on-Don

References

  1. Каприн А.Д, Старинский В.В., Шахзадова А.О Злокачественные новообразования в России в 2020 году (заболеваемость и смертность). — М.: МНИОИ им. П.А. Герцена — филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2021. — 252 с. [Kaprin AD, Starinskiy VV, Shakhzadova AO. Malignant neoplasms in Russia in 2020 (morbidity and mortality). Moscow: MNII im. P.A. Herzen — branch of the Federal State Budgetary Institution “NMITs Radiology” of the Ministry of Health of Russia; 2021. (In Russ.)]
  2. Подвязников С.О., Чойнзонов Е.Л., Пустынский И.Н., и др. Диагностика и лечение рака гортаноглотки. Клинические рекомендации // Сибирский онкологический журнал. — 2014. — № 6. — С. 71–75. [Podvyaznikov SO, Choinzonov EL, Pustynsky IN, et al. Clinical recommendations. Siberian Journal of Oncology. 2014;6:71–75. (In Russ.)]
  3. Аксель Е.М. Статистика заболеваемости и смертности от злокачественных новообразований в 2015 году // Аксель Е.М., Давыдов М.И. Злокачественные новообразования в России и странах СНГ в 2000 г. — М.: РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, 2015. — С. 85–106. [Aksel EM. Statistics of morbidity and mortality from malignant neoplasms in 2015. Aksel EM, Davydov MI. Malignant neoplasms in Russia and CIS in 2000. Moscow: NN Blokhin Russian Cancer Research Center RAMS; 2015. Р. 85–106. (In Russ.)]
  4. Чойнзонов Е.Л., Старцева Ж.А., Мухамедов М.Р., и др. Локальная гипертермия в комбинированном лечении рака гортани и гортаноглотки // Сибирский онкологический журнал. — 2014. — № 5. — С. 5–9. [Choynzonov ЕL, Startseva ZА, Mukhamedov МR, et al. Local hyperthermia in combined modality treatment of laryngeal and laryngopharyngeal cancer. Siberian Journal of Oncology. 2014;5:5–9. (In Russ.)]
  5. Болотина Л. В., Владимирова Л. Ю., Деньгина Н.В., и др. Практические рекомендации по лечению злокачественных опухолей головы и шеи. Злокачественные опухоли // Практические рекомендации RUSSCO. — 2020. — Т. 10. — № 6. — С. 93–95. [Bolotina LV, Vladimirova LYu, Dengina NV, et al. Practical recommendations for the treatment of malignant tumors of the head and neck. Malignant tumors. RUSSCO Practice Guidelines. 2020;10(6):93–95. (In Russ.)]
  6. Мудунов А.М. Сравнительная оценка эффективности неоадъювантной химиотерапии в комплексном и комбинированном лечении плоскоклеточного рака слизистой оболочки полости рта и ротоглотки: дис. ... канд. мед. наук. — М., 2002. [Mudunov AM. Comparative evaluation of the effectiveness of neoadjuvant chemotherapy in the complex and combined treatment of squamous cell carcinoma of the oral mucosa and oropharynx [dissertation]. Moscow; 2002. (In Russ.)] Available from: https://medical-diss.com/medicina/sravnitelnaya-otsenka-effektivnosti-neoadyuvantnoy-himioterapii-v-kompleksnom-i-kombinirovannom-lechenii-ploskokletochnog
  7. Цандекова М.Р., Порханова Н.В., Кит О.И., и др. Малоинвазивная молекулярная диагностика серозной аденокарциномы яичника высокой и низкой степени злокачественности // Онкогинекология. — 2021. — № 4. — С. 35–50. [Tsandekova MR, Porkhanova NV, Kit OI, et al. Minimally invasive molecular diagnostics of high and low grade serous ovarian adenocarcinoma. Oncogynecology. 2021;4:35–50. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.52313/22278710_2021_4_35
  8. Кутилин Д.С. Регуляция экспрессии генов раково-тестикулярных антигенов у больных колоректальным раком // Молекулярная биология. — 2020. — Т. 54. — № 4. — С. 580–595. [Kutilin DS. Regulation of Gene Expression of Cancer/Testis Antigens in Colorectal Cancer Patients. Mol Biol (Mosk). 2020;54(4):580–595. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.31857/S0026898420040096
  9. Димитриади Т.А., Бурцев Д.В., Дженкова Е.А., и др. Дифференциальная экспрессия микроРНК и их генов-мишеней при цервикальных интраэпителиальных неоплазиях разной степени тяжести // Успехи молекулярной онкологии. — 2020 — Т. 7. — № 2. — С. 47–61. [Dimitriadi TA, Burtsev DV, Dzhenkova EA, et al. Differential expression of microRNAs and their target genes in cervical intraepithelial neoplasias of varying severity. Advances in Molecular Oncology. 2020;7(2):47–61. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.17650/2313-805X-2020-7-2-47-61
  10. Cheraghlou S, Torabi SJ, Husain ZA, et al. HPV status in unknown primary head and neck cancer: Prognosis and treatment outcomes. Laryngoscope. 2019;129(3):684–691. doi: https://doi.org/10.1002/lary.27475
  11. Andratschke M, Hagedorn H, Nerlich AG. HPV infection in oral, pharyngeal and laryngeal papillomas. HNO. 2015;63(11):768–772. doi: https://doi.org/10.1007/s00106-015-0079-5
  12. Sharma S, Javadekar SM, Pandey M, et al. Homology and enzymatic requirements of microhomology-dependent alternative end joining. Cell Death Dis. 2015;6(3):e1697. doi: https://doi.org/10.1038/cddis.2015.58
  13. Berlin A, Lalonde E, Sykes J, et al. NBN gain is predictive for adverse outcome following image-guided radiotherapy for localized prostate cancer. Oncotarget. 2014;5(22):11081–11090. doi: https://doi.org/10.18632/oncotarget.2404
  14. Yang MH, Chiang WC, Chou TY, et al. Increased NBS1 expression is a marker of aggressive head and neck cancer and overexpression of NBS1 contributes to transformation. Clin Cancer Res. 2006;12(2):507–515. doi: https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-05-1231
  15. Hsu DS, Chang SY, Liu CJ, et al. Identification of increased NBS1 expression as a prognostic marker of squamous cell carcinoma of the oral cavity. Cancer Sci. 2010;101(4):1029–1037. doi: https://doi.org/10.1111/j.1349-7006.2009.01471.x
  16. Gregg SQ, Robinson AR, Niedernhofer LJ. Physiological consequences of defects in ERCC1-XPF DNA repair endonuclease. DNA Repair (Amst). 2011:10(7):781–791. doi: https://doi.org/10.1016/j.dnarep.2011.04.026
  17. Qiu J, Qian Y, Chen V, et al. Human exonuclease 1 functionally complements its yeast homologues in DNA recombination, RNA primer removal, and mutation avoidance. J Biol Chem. 1999;274(25):17893–17900. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.274.25.17893
  18. Ellenberger T, Tomkinson AE. Eukaryotic DNA ligases: structural and functional insights. Ann Rev Biochem. 2008;77:313–338. doi: https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.77.061306.123941
  19. Кутилин Д.С., Кошелева Н.Г., Гусарева М.А., и др. Влияние транскрипционной активности генов, регулирующих репарацию ДНК, на эффективность лучевой терапии опухолей прямой кишки // Современные проблемы науки и образования. — 2019. — № 6. [Kutilin DS, Kosheleva NG, Gusareva MA, et al. Influence of transcriptional activity of genes regulating DNA repair on the effectiveness of radiation therapy for rectal tumors. Modern Problems of Science and Education. 2019;6. (In Russ.)] doi: https://doi.org/10.17513/spno.29353
  20. Кутилин Д.С., Айрапетова Т.Г., Анистратов П.А., и др. Изменение относительной копийности генетических локусов во внеклеточной ДНК у пациентов с аденокарциномой легкого // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. — 2017. — № 3–2 (195–2). — С. 74–82. [Kutilin DS, Airapetova TG, Anistratov PA, et al. Changes in the relative copy number of genetic loci in extracellular DNA in patients with lung adenocarcinoma. News of Higher Educational Institutions. North Caucasian Region. Natural Sciences. 2017;3–2(195–2):74–82. (In Russ.)]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Study design

Download (715KB)
3. Fig. 2. Volcano raft and PPI DEG network: A — DEGs were selected with a fold change ≥ 2 or ≤ –2 and an adjusted p-value < 0.05. Green dot indicates that gene expression in tumor was half that in normal tissues, while red dot indicates that gene expression in tumor was more than 2-fold higher than that in normal tissues (p < 0.05). Black dots represent genes that were not considered differentially expressed; B — PPI DEG network was constructed using Cytoscape, PPI — protein-protein interaction, DEG — differentially expressed genes

Download (537KB)
4. Fig. 3. Analysis of hub genes and their co-expressed genes, and hierarchical clustering of hub genes: A, Hub genes and their co-expressed genes analyzed by cBioPortal. Nodes with thick black outlines represent hub genes, nodes with thin black outlines represent co-expressed genes. Color in circle represents the total gene change in genomic profiles, including up- and downregulation. Color intensity indicates greater change. Blue arrow denotes change in state; green arrow denotes expression control; B, Samples grouped by brown bar are non-malignant samples, and samples grouped by blue bar are tongue cancer samples; C, D, Samples grouped by brown bar are HPV-positive samples, and samples grouped by blue bar are HPV-negative. Red color indicates gene activation, blue color indicates gene repression.

Download (513KB)
5. Fig. 4. Genomic position of amplified and deleted regions

Download (451KB)
6. Fig. 5. Relative gene copy number in samples of patients with squamous cell carcinoma of the tongue, sensitive and resistant to platinum drugs Note. Statistically significant differences: * — from normal tissue (p < 0.01); ** — between two groups of patients (p < 0.01).

Download (394KB)
7. Fig. 6. Peculiarities of relative gene expression in patients with squamous cell carcinoma of the tongue, sensitive and resistant to platinum drugs Note. Statistically significant differences: * — from normal tissue (p < 0.01); ** — between two groups of patients (p < 0.01).

Download (216KB)
8. Fig. 7. Peculiarities of relative gene copy number in patients with squamous cell carcinoma of the tongue, sensitive and resistant to platinum drugs, in cfDNA of blood plasma Note. Statistically significant differences: * — from conditionally healthy donors (p < 0.01); ** — between two groups of patients (p < 0.01).

Download (189KB)
9. Fig. 8. ROC curves for classification of groups of patients with squamous cell carcinoma of the tongue, sensitive (solid line) and resistant (dashed line) to therapy, based on the gene copy number index. ROC curves with an AUC value ≥ 0.70 are presented

Download (235KB)
10. Fig. 9. LASSO-penalized model for logistic regression of relative copy number level of genetic loci in blood plasma cfDNA: A — distribution of regression coefficients in bootstrap datasets; B — importance of variables in bootstrap models; C — ROC curves for classification of samples using optimized (solid line) and non-optimized (dashed line) models.

Download (216KB)
11. Supplement
Download (194KB)

Copyright (c) 2024 "Paediatrician" Publishers LLC



This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies