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 14-15-00654

НазваниеМикроРНК и метилирование в механизмах онкогенеза: идентификация новых взаимодействующих микроРНК и целевых генов как инновационных лекарственных средств в таргетной терапии рака молочной железы и яичников.

РуководительБрага Элеонора Александровна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии", г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2017 г. - 2018 г. 

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые словамикроРНК, целевые гены, экспрессия, метилирование, CpG-островки, первичные опухоли, клеточные линии, рак молочной железы, рак яичников.

Код ГРНТИ34.15.51


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Эпителиальные опухоли, в частности, молочной железы и яичников отличает высокая распространённость и смертность. В связи с высокой токсичностью химиотерапии активно разрабатываются подходы таргетной и заместительной терапии. Изменение уровня метилирования генов уже стало протоколом при лечении некоторых онко-гематологических заболеваний в США. Перспективным противоопухолевым средством обещают стать некодирующие РНК, в частности, микроРНК, способные подавлять экспрессию генов на пост-транскрипционном уровне, что отражается как на количестве белка, так и мРНК. Данный проект направлен на изучение роли микроРНК и метилирования в механизмах онкогенеза и идентификацию новых взаимодействующих микроРНК и генов-мишеней как потенциальных средств таргетной терапии рака молочной железы и яичников. Определение молекулярных механизмов регуляции экспрессии генов в опухолях на различных уровнях, включая роль микроРНК и эпигенетические модификации генома, важную роль среди которых играет ДНК метилирование CpG-островков промоторных районов генов, относится к актуальным и приоритетным направлениям биомедицины. Неоспоримо приоритетными результатами нашего Проекта 2014г можно считать идентификацию новых гиперметилируемых при раке молочной железы (РМЖ) и раке яичников (РЯ) генов микроРНК и установление связи гиперметилирования 9 генов микроРНК с показателями прогрессии РЯ и формирование новых систем маркеров для диагностики и прогноза метастазирования РЯ (Заявка на патент). В связи с этими результатами, в рамках Проекта 2017г. планируется анализ молекулярных механизмов регуляции генов, связанных с активацией клеточной миграции и эпителиально-мезенхимального перехода, поскольку ЭМП – неотъемлемая ступень в метастазировании. Исследование будет проводиться в клинических образцах РЯ, который отличает высокий метастатический потенциал. Прежде всего, в исследование будут включены про-метастатические гены, стимулирующие клеточную миграцию и ЭМП, так как в качестве практического выхода предполагается определить подавляющие их экспрессию микроРНК, потенциально значимые для клинической практики. Например, будут исследованы гены SNAIL, SLUG/SNAIL2, ZEB1, ZEB2, BCL6 и TCF3 (E47) - транскрипционные репрессоры Е-кадгерина (CDH1), показателя эпителиальной морфологии клеток. В исследование будут включены две выборки РЯ – неметастазирующие и метастазирующие случаи, а также образцы метастазов опухолей яичников в другие органы. В исследовании в рамках Проекта 2017 планируется также акцентировать внимание на регуляции генов апоптоза при РМЖ. Будут изучены гены, для которых уже получены обещающие результаты по роли микроРНК в их регуляции (например, выявлены 4 потенциально взаимодействующие пары: miR-124-3p и BCL2, miR-127-5p и DAPK1, miR-375 и RASSF1(A), miR-34c-3p и CCND1), среди которых валидирована роль miR-124-3p в регуляции BCL2 с помощью трансфекции клеточной линии РМЖ MCF7. Планируется расширить список антиапоптозных генов, включив в исследование гены: MCL1, MDM2, BIRC5, XIAP, BIP/GRP78. В решение данной задачи планируется включить более 10 белок-кодирующих генов и 9 генов микроРНК – 7 «даун-регулируемых» посредством гиперметилирования (miR-124-3p, -125b-5p, 129-5р, -127-5p, -132-3p, -193a-5p, и -34b-3p), предположительно онкосупрессорных, а также miR-375 и -191-5р, предположительно протоонкогенных. Потенциальная возможность комплементарного связывания микроРНК и мРНК белок-кодирующих генов будет оценена биоинформатически с применением оригинального алгоритма (CrossHub, Krasnov et al., 2016) и алгоритмов, содержащихся в базе данных miRWalk 2.0. Потенциально взаимодействующие пары микроРНК-мРНК будут валидированы с помощью экспериментов по трансфекции клеточных линий РМЖ и РЯ аналогами микроРНК. Кроме того, планируется поиск новых генов-мишеней с помощью комбинации трансфекции клеточных линий РМЖ и РЯ аналогами наиболее значимых микроРНК с последующим скринингом мРНК, значимо меняющих свою экспрессию, с использованием высокопроизводительной платформы Affymetrix, имеющейся в Центре коллективного пользования (ЦКП) нашего института. Специфичность определения взаимодействующих пар микроРНК-мРНК будет также увеличена с помощью подходов иммунопреципитации и его аналогов. Новые, отобранные этими методами на клеточных линиях пары микроРНК-мРНК будут проанализированы с помощью корреляционного анализа их экспрессии в клинических образцах РМЖ и РЯ. Таким образом, в рамках Проекта 2017 планируется комплексное исследование с применением комбинации молекулярных и клеточных методологий, цель которого провести более массированный скрининг новых взаимодействующих пар микроРНК-мРНК, которые важны для поиска новых мишеней и лекарственных средств терапии рака. В планируемых исследованиях будет акцентировано внимание на изучение регуляторных механизмов процессов апоптоза на примере опухолей молочной железы и процессов ЭМП на примере опухолей яичников. Данные по регуляции ключевых генов этих процессов с участием микроРНК ограничены единичными публикациями. Впервые планируется комплексное исследование пересечения («cross-talk») нескольких регуляторных механизмов, как «сайленсинг» белоккодирующих генов посредством метилирования собственных CpG-островков на геномном уровне, ингибирующий эффект микроРНК на пост-транскрипционном уровне и гиперметилирование генов микроРНК, подавляющее их регуляторную функцию. Идентификация новых взаимодействующих пар микроРНК-мРНК позволит выявить новые цепочки в генных сетях процессов, вовлеченных в патогенез и метастазирование эпителиальных опухолей, и определить новые маркеры и потенциальные противоопухолевые средства для персонифицированной таргетной или заместительной терапии злокачественных опухолей молочной железы и яичников. Таким образом, в рамках Проекта 2017 планируется комплексное исследование с применением широкого круга современных молекулярно-клеточных технологий. Задачи Проекта 2017 приоритетны, и по новизне, и научной значимости соответствуют мировому уровню. Ожидаемые результаты реализации Проекта 2017 важны как для фундаментальной науки, так и для практической медицины.

Ожидаемые результаты
1. Идентификация потенциально взаимодействующих пар микроРНК-мРНК, связанных с регуляцией апоптоза при РМЖ, по анализу корреляций уровней экспрессии генов микроРНК (включая miR-124-3p, -125b-5p, 129-5р, -127-5p, -132-3p, -193a-5p, -34b-3p, -375, -191-5р и др.) и белоккодирующих генов (включая, BCL6, TP53, MDM2, MCL1, RASSF1A, DAPK1, BCL2, APAF1, BIM/BCL2L11, BAX) на клинических образцах РМЖ. 2. Подтверждение взаимодействующих пар микроРНК-мРНК, связанных с регуляцией апоптоза при РМЖ, на клеточных линиях РМЖ методом трансфекции с применением аналогов микроРНК. 3. Идентификация потенциально взаимодействующих пар микроРНК-мРНК, связанных с регуляцией ЭМП при РЯ, по анализу корреляций уровней экспрессии супрессорных генов микроРНК (включая MIR-124-2, -125b-1, -129-2, -137, -193a, -203а, -34b/c, -130b, -1258 и др.) и генов, инициирующих ЭМП (включая SNAIL, SLUG/SNAIL2, ZEB1, ZEB2, BCL6, BMI1, SOX2, CTNNB (бета-катенин), TWIST), в опухолях РЯ. 4. Подтверждение взаимодействующих пар микроРНК-мРНК, связанных с регуляцией ЭМП при РЯ, на клеточных линиях РЯ методом трансфекции с применением аналогов микроРНК. 5. Идентификация новых генов-мишеней для ряда значимых микроРНК комбинацией методов трансфекции и анализа генов-мишеней на чипах Affymetrix. 6. Идентификация новых непосредственно взаимодействующих пар микроРНК-мРНК с применением методов иммунопреципитации и его аналогов. 7. Выявление новых цепочек в генных сетях процесса апоптоза при РМЖ; определение роли разных молекулярных механизмов и их пересечений («cross-talk») в регуляции ключевых генов апоптоза в опухолях молочной железы. 8. Выявление новых цепочек в генных сетях процессов метастазирования рака яичников. Определение роли разных молекулярных механизмов и их пересечений («cross-talk») в регуляции ключевых генов ЭМП в метастазирующих опухолях рака яичников. 9. Характеристика влияния метилирования на регуляцию ряда ключевых генов и регуляторных микроРНК в исследованных процессах апоптоза и ЭМП при РМЖ и РЯ. 10. Определение новых потенциальных лекарственных средств и молекулярных маркеров диагностики и прогноза метастазирования РМЖ и РЯ для таргетной персонифицированной терапии женщин, страдающих РМЖ и РЯ. В рамках Проекта 2017 г. с применением комплекса современных молекулярно-клеточных технологий будут определены и валидированы новые взаимодействующие пары микроРНК-мРНК гена-мишени, что является приоритетным направлением в современной фундаментальной онкологии. Будут получены новые данные о регуляторных механизмах процессов апоптоза и процессов метастазирования, в частности, ЭМП в опухолях. Данные по роли микроРНК в регуляции ключевых генов этих процессов ограничены единичными публикациями. Планируется исследовать пересечение («cross-talk») таких регуляторных механизмов, как «сайленсинг» функционально значимых белоккодирующих генов посредством метилирования собственных CpG-островков на геномном уровне и ингибирующий эффект микроРНК на пост-транскрипционном уровне. Кроме того, будет изучено влияние метилирования промоторных CpG-островков генов микроРНК на подавление функциональной активности микроРНК, что может приводить в итоге к активации некоторых онкогенов. Идентификация взаимодействующих пар микроРНК-мРНК позволит выявить новые цепочки в генных сетях данных процессов, вовлеченных в развитие и прогрессию эпителиальных опухолей. Таким образом, ожидаемые результаты будут иметь значение для понимания биологии процессов апоптоза и метастазирования и по методическому уровню, научному значению и научной новизне соответствуют мировому уровню. С другой стороны, новые данные по связыванию онкосупрессорных микроРНК с онкогенами-мишенями, вовлеченными в процессы апоптоза и в регуляцию процессов метастазирования, могут найти применение как мишень и потенциальное лекарственное средство в таргетной терапии РМЖ и РЯ. Следует подчеркнуть, что предупреждение или подавление метастазирования является ключевым вопросом в вылечивании пациенток, больных РЯ. Новые прогностические маркеры РМЖ и РЯ необходимы для разработки подходов к персонифицированной терапии женщин, страдающих этими заболеваниями. Таким образом, ожидаемые результаты реализации Проекта 2017 важны как для фундаментальной науки, так и для практической медицины.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Для изучения ключевых генов апоптоза отобраны 12 генов, из которых 7 про-апоптозных: APAF1, DAPK1, TP53, RASSF1A, BAX, BCL2L11/BIM, BAK1, и 5 генов анти-апоптозных: BCL2, BIRC5 (survivin), BCL6, CCND1 и c-MYC. Среди них, APAF1 - индуктор апоптоза; DAPK1 - медиатор клеточной смерти; белки семейства BCL2, включая активаторы апоптоза BAX и BIM, индуктор апоптоза BAK1, супрессоры апоптоза BCL2, BIRC5, BCL6; RASSF1A, участвующий в инициации апоптоза; TP53, транскрипционный фактор активаторов апоптоза (в частности BIM); CCND1, регулирующий клеточный цикл в фазе G1/S; онкоген c-MYC активирующий транскрипцию ряда генов пролиферации. Для этих 12 генов проведён анализ изменения уровня мРНК методом ПЦР в реальном времени на представительной выборке парных образцов РМЖ (36-41). Значимо частое (р<0.001, по Фишеру) преобладание снижения уровня экспрессии показано для генов: APAF1 (58% против 17%, p<0.001), DAPK1 (76% против 7%, p<0.001), RASSF1A (80% против 1,5%, p<0.001); тенденцию к снижению экспрессии наблюдали для генов BIM, BAX, BAK1, TP53 (40-50% против 20-30%); значимо частое повышение экспрессии выявлено для генов: BCL2 (70% против 17%, p<0.001), CCND1 (66% против 1.5%, p<0.001), BCL6 (66% против 20%, p<0.001); выраженную тенденцию к повышению экспрессии наблюдали также для c-MYC и BIRC5 (40-50% против 25-35%). Результаты анализа изменения уровня мРНК согласуются с про-апоптозными свойствами генов APAF1, DAPK1, RASSF1A, BIM, BAX, BAK1 и TP53 и анти-апоптозными свойствами генов BCL2, CCND1, BCL6, c-MYC и BIRC5. Построены профили метилирования для 10 генов, имеющих локализованные промоторные CpG-островки. Для 5 про-апоптозных генов в образцах опухолей наблюдали повышение метилирования (гиперметилирование) с частотами: RASSF1A - 51%, DAPK1 - 46%, BIM - 49%, BAX - 49% и BAK1 - 43%, соответственно, в сравнении с 12-24% в гистологически неизмененной ткани, в то время как метилирование APAF1 составило только 12% против 2%. Напротив, снижение метилирования в образцах опухолей по сравнению с гистологически неизмененной тканью отмечено у анти-апоптозных генов BCL2 (17% против 49%) и BIRC5 (43% против 15%). Для генов c-MYC и TP53 метилирование не было выявлено ни в образцах опухолей, ни в гистологически неизмененных парных образцах ткани молочной железы. С применением оригинального алгоритма «CrossHub» (Krasnov et al., 2016) предсказаны по 40 потенциально регуляторных микроРНК для каждого из 12 исследуемых генов апоптоза (с уровнем корреляции Rs, варьирующим от 0.05 до 0.58). Из них нами выбраны 10 основных микроРНК (miR-17-5p, -21-3p, -34c-3p, -93-5p, -125b-5p, -130b-3p, -140-5p, -145-5p, -375, -660-5p), потенциально связанных с регуляцией более чем 2 генов из 12 исследуемых про- и анти-апоптозных генов (APAF1, DAPK1, TP53, RASSF1A, BAX, BIM, BAK1, BCL2, BIRC5, BCL6, CCND1 и c-MYC). Построены профили экспрессии суммарно 17 микроРНК, вовлеченных в РМЖ (miR-17-5p, -21-3p, -34b-3p, -34c-3p, -93-5p, -124-3p, -125b-5p, -127-5p, -129-5p, -130b-3p, -132-3p, -140-5p, -145-5p, -191-5p, -193a-5p, -375, и -660-5p), на общей выборке из 40 парных образцов РНК первичных опухолей РМЖ методом количественной ОТ-ПЦР с применением сертифицированных наборов фирмы Applied Biosystems. На исследованной выборке 40 образцов наиболее значимое (p < 0.05) снижение уровня микроРНК показано для miR-193a-5p (75%), miR-124-3p (65%), miR-125b-5p (72%), miR-132-3p (48%), miR-34b-3p (45%). Снижение в значительной доле образцов (более 30%) выявлено также для miR-34c-3p, -127-5p, -129-5p, -140-5p, -145-5p. Наиболее значимое (p < 0.05) повышение уровня микроРНК показано для miR-375 (48%). Повышение экспрессии доминировало также для miR-21-3p, -93-5p, -191-5p, -660-5p. Дифференциальное изменение экспрессии (с повышением и понижением) отмечено для двух микроРНК (miR-17-5p, -130b-3p). Построены профили метилирования промоторных CpG-островков генов данных микроРНК (MIR-17, -21, -34b, -34c, -93, -124-1/2/3, -125b-1, -127, -129-2, -130b, -132, -140, -145, -191, -193a, -375) с применением представительной выборки из 58 парных образцов ДНК РМЖ методом бисульфитной конверсии с последующей МС-ПЦР. Значимое преобладание частоты метилирования в опухоли по сравнению с гистологически неизмененной тканью показано для 10 генов: MIR-124-1, -124-3, -125b-1, -127, -129-2, -132, -140, -145, -193a, -34b/c, - в 35-73% образцов РМЖ. Гиперметилирование генов MIR-132, -140, -145, 125b-1, -127, -129-2 на представительных выборках РМЖ показано впервые, как и гипометилирование генов MIR-191, MIR-93. Для 14 микроРНК (miR-34b-3p, -34c-3p, -93-5p, -124-3p, -125b-5p, -127-5p, -129-5p, -130b-3p, -132-3p, -140-5p, -145-5p, -191-5p, -193a-5p, -375) методом корреляционного анализа установлены значимые корреляции между изменениями уровня экспрессии и статуса метилирования; значения коэффициента корреляции Спирмена (Rs) составили 0.56-0.78, p ≤ 0.002. Значимые корреляции между изменениями уровня экспрессии и статуса метилирования позволили нам показать функциональную роль метилирования в регуляции данных генов микроРНК и в патогенезе РМЖ. Методом корреляционного анализа сопоставлены уровни экспрессии 17 микроРНК (miR-17-5p, -21-3p, -34b-3p, -34c-3p, -93-5p, -124-3p, -125b-5p, -127-5p, -129-5p, -130b-3p, -132-3p, -140-5p, -145-5p, -191-5p, -193a-5p, -375, -660-5p,) и 12 опухоль-ассоциированных белоккодирующих генов (APAF1, DAPK1, TP53, RASSF1A, BAX, BIM, BAK1, BCL2, BIRC5, BCL6, CCND1 и c-MYC), предсказанных биоинформатически как потенциальные гены-мишени для ряда микроРНК. Значимая отрицательная корреляция установлена между уровнями экспрессии мРНК про- и анти-апоптозных генов и ряда микроРНК: miR-124-3р и RASSF1A (Rs = -0.43, p ≤ 0.01); miR-127-5p и DAPK1 (Rs = -0.50, p ≤ 0.001); miR-145-5p и BAK1 (Rs= -0.43, p≤ 0.01); miR-125b-5р и BAX (Rs= -0.31, p≤ 0.05); miR-34c-3p и CCND1 (Rs= -0.33, p≤ 0.05); miR-34a-5p и CCND1 (Rs= -0.34, p≤ 0.05); miR-193а-5р и BCL2 (Rs = -0.33, p ≤ 0.05); miR-124-3p и BCL2 (Rs = -0.34, p ≤ 0.05); miR-125b-5р и BIRC5 (Rs= -0.34, p≤ 0.05); коэффициент отрицательной корреляции Rs изменялся в интервале от -0.31 до -0.50, достоверность изменялась в интервале 0.05 – 0.001. Таким образом, определены 9 потенциально взаимодействующих пар микроРНК - мРНК, связанных с регуляцией апоптоза, а именно: RASSF1A - miR-124-3р, DAPK1 - miR-127-5p, BAK1 - miR-145-5p, BAX - miR-125b-5р, CCND1 - miR-34c-3p, CCND1 - miR-34a-5p, BCL2 - miR-193а-5р, BCL2 – miR-124-3p и BIRC5 - miR-125b-5p. Эти взаимодействия, прямые или опосредованные, вовлечены в апоптотические процессы при РМЖ и общие сигнальные пути (по данным KEGG, Gene Ontology). Так, потенциально регулирующие CCND1, miR-34a-5p и miR-34c-3p имеют мишенями протеинкиназы и вовлечены в апоптотический процесс. Регуляторные микроРНК miR-34a-5p и miR-34c-3p, как и их потенциальная мишень, CCND1, - вовлечены в общие сигнальные пути: Wnt, ErbB, TGF-beta, p53 (по данным KEGG и GO). Ранее (в 2016г) показано, что трансфекция дуплексов miR-124-3p в линию клеток MCF-7 приводила к значимому снижению экспрессии мРНК BCL2 на 30%. Проведено полнотранскриптомное исследование при гиперэкспрессии 40 нМ miR-124-3p на линии клеток MCF-7 с помощью платформы Affymetrix с последующим биоинформатическим анализом с использованием Gene Set Enrichment Analysis (GSEA). Было установлено: 1466 / 4408 наборов генов увеличили активность, при этом 464 наборов генов значимы при FDR < 25%; 2942 / 4408 наборов генов уменьшили активность, при этом 986 наборов генов значимы при FDR < 25%. Дифференциальные процессы оценивали с применением Gene Set Enrichment Analysis (GSEA). В результате были определены более 120 процессов, активируемых в трансфецированных клетках (при FDR < 5%) и 32 процесса, которые снижают свою активность в трансфецированных клетках (при FDR < 5%). В итоге показано, что гиперэкспрессия miR-124-3p в клетках MCF-7 приводит к существенному «перепрограммированию» транскриптома и изменениям функционального состояния клеток на уровне РНК, выражающимся в подавлении ряда клеточных процессов, среди которых иммунные, гормон-опосредуемые, и активации ряда клеточных процессов, таких, как метаболические и энергетические процессы, процессы, ассоциированные с микротрубочками, и хромосомами. Проведенный анализ позволил сформировать предварительный перечень новых потенциальных мишеней miR-124-3p, среди которых ATP6V0E1, PLOD3, VAMP3, TMEM109, PAPSS2, MAGT1, LRRC58, HMOX1, ELOVL1; LAD1, ATL3, SKP2, TXNRD1, CYP1A1, BTG2, MPZL3, SERINC2, SCNN1A. В модельном эксперименте по трансфекции клеточной линии РМЖ MCF-7 изучено влияние 4 микроРНК (miR-34c-5p, miR-34c-3p, miR-34a-5p, miR-34a-3p), среди которых определена единственная микроРНК, miR-34c-3p, эффективно понижающая экспрессию CCND1 в 1.67 раза (0.600±0.065) (p-val=0.000071). Этот результат подтверждает потенциальную регуляторную роль miR-34c-3p в отношении экспрессии CCND1 в отличие от 3 других исследованных микроРНК. Кроме того, с использованием ДНК-цитометрии показано влияние miR-34a-5p и miR-34с-3p на распределение клеток MCF-7 по фазам цикла, выражающееся в блокировании G1|S перехода, снижение процента клеток, находящихся в фазе S и снижении пролиферации клеток, причем наиболее значимое воздействие оказывает miR-34a-5p (p-val=0.0067). В целом, изучена роль комплекса эпигенетических механизмов в регуляции группы 12 генов, вовлеченных в апоптозный каскад: APAF1, DAPK1, BAX, BIM, BAK1, BCL2, BIRC5, BCL6, RASSF1A, TP53, CCND1 и c-MYC. Показано значимое супрессорное влияние на экспрессию этих генов метилирования их промоторных областей (Rs 0.39-0.59, р<0.01, p < 0.001) и ингибирующий эффект специфичных регуляторных микроРНК: RASSF1A (miR-124-3р), DAPK1 (miR-127-5p), BAK1 (miR-145-5p), BAX (miR-125b-5р), CCND1 (miR-34c-3p, -34a-5p), BCL2 (miR-193а-5р, -124-3p), и BIRC5 (miR-125b-5p) (значения Rs < -0.3, p < 0.05). Кроме того, в качестве 3 фактора нами впервые выявлено значимое влияние метилирования генов специфичных регуляторных микроРНК. Например, показано, что метилирование гена MIR-124а-1 значимо положительно коррелирует с экспрессией про-апоптозного гена RASSF1A (Rs = 0.51, p ≤ 0.01), а метилирование гена MIR-127 значимо положительно коррелирует с экспрессией про-апоптозного гена DAPK1 (Rs = 0.48, p ≤ 0.001). То есть мы наблюдаем опосредованное влияние метилирования генов специфичных регуляторных микроРНК на экспрессию их генов-мишеней и взаимосвязь трех эпигенетических механизмов в регуляции группы ключевых генов апоптоза. Результаты, полученные по теме данного Проекта, представлены в 2017г. в виде 4 статей в журналах: Бюллетень экспериментальной биологии и медицины (БЭБМ. 2017;164 (9): 335-340); Молекулярная биология (принята в печать), Генетика (принята в печать), Российский биотерапевтический журнал (2017, том 16 № 4 стр. 37-44), опубликованы как материалы конференции в журнале FEBS J (2017, Vol. 284, S. 1, p. 264, p. 265). Кроме того, рукопись: Loginov et al., “Novel miRNA genes deregulated by aberrant methylation in ovarian carcinoma are involved in metastasis” submitted in GENE (Ms. Ref. No.: GENE-D-17-02347) находится на стадии рецензирования. Результаты, полученные по теме Проекта, доложены в 2017г. на 8 отечественных и международных форумах, включая 5th International Conference on Integrative Biology, June 19-21, 2017 London, UK. Biol Syst Open Access 2017, 6:1(Suppl) DOI: 10.4172/2329-6577-C1-008; III Петербургский онкологический форум «Белые ночи – 2017», Санкт-Петергбург, Россия, 22-23 июня, 2017; 4th World Congress on Breast Pathology and Cancer Diagnosis (Breast Pathology-2017)”, August 23-24, 2017 at Toronto, Canada; The 42nd FEBS Congress “From molecules to cell and back”, 10-14 September, Jerusalem, Israel; III Всероссийская Конференция по молекулярной онкологии, Москва, Россия, 6-8 декабря, 2017 – в рамках этой конференции В.И. Логинов награжден Дипломом за лучший постерный доклад по секции «Геномика и эпигеномика злокачественных новообразований».

 

Публикации

1. Брага Э.А., Логинов В.И., Бурдённый А.М., Филиппова Е.А., Пронина И.В., Куревлев С.В., Казубская Т.П., Кушлинский Д.Н., Уткин Д.О., Ермилова В.Д., Кушлинский Н.Е. Пять гиперметилированных генов микроРНК как потенциальные маркеры рака яичников. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Т. 164, № 9, стр.335-340. (год публикации - 2017)

2. Логинов В.И., Бурдённый А.М., Филиппова Е.А., Пронина И.В., Казубская Т.П., Кушлинский Д.Н., Ермилова В.Д., Рыков С.В., Ходырев Д.С., Брага Э.А. Гиперметилирование генов микроРНК MIR-107, MIR-130b, MIR -203, MIR-1258 ассоциировано с развитием и метастазированием рака яичников. Молекулярная биология, т. 52, № 5, 801–809. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1134/S0026898418050105

3. Рябчиков Д.А., Воротников И.К., Казубская Т.П., Лукина С.C., Филиппова Е.А., Бурденный А.М., Логинов В.И. Клиническая оценка профиля метилирования промоторных областей 8 генов хромосомы 3 и гена MGMT при люминальном типе рака молочной железы. Российский биотерапевтический журнал., том 16 № 4 стр. 37-44 (год публикации - 2017)

4. Логинов В.И., Филиппова Е.А., Куревлев С.В., Фридман М.В., Бурденный А.М., Брага Э.А. Супрессорные и гиперметилируемые микроРНК в патогенезе рака молочной железы. Генетика, - (год публикации - 2018)

5. Burdennyy А., Loginov V., Filippova E., Pronina I., Fridman M., Kazubskaya T., Kushlinsky D., Dmitriev A., Braga E. Hypermethylation of 5 tumor suppressor miRNA genes (MIR-124a-2, -125b-1, 129-2, -137, -193a) is associated with metastasis of epithelial ovarian cancer. FEBS Journal, Vol. 284 (Suppl. 1) pp. 264. (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1111/febs.14174

6. Filippova E., Pronina I., Loginov V., Burdennyy A., Kazubskaya T., Kushlinskii N., Sokolovskaya A., Moscovtsev A., Braga E. Novel miRNAs involved in the regulation of apoptosis via DAPK1, APAF1, BCL2, and RASSF1(A) genes in breast cancer. FEBS Journal, Vol. 284 (Suppl. 1) pp. 265. (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1111/febs.14174


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проведены комплексные исследования эпигенетических механизмов регуляции генов с участием микроРНК (миРНК) и метилирования при раке яичников (РЯ) и раке молочной железы (РМЖ), как с применением корреляционных анализов изменений экспрессии и метилирования на клинических образцах, так и с применением функциональных подходов. Так, при РЯ для ряда генов, вовлеченных в метастазирование и переходы ЭМП-МЭП, например, CDH1/Е-кадгерин, ZEB1, SLUG/SNAIL2, BCL6, RHOA, BCL2, DAPK1, CCND1, NF1B, TGFB2, ACSL1, AURKA, c-MYC, AXL, BAX, MCL1, TP53 с применением оригинального алгоритма “Cross Hub” (Krasnov et al., 2016) отобраны 20 миРНК (miR-107, -124-3p, -125b-5p, -1258, -127-5p, -129-5p, 130b, -132-3p, -137, -148a-3p, -17-5p, -191-5p, -193a-5p, -203a, -212, -339-3p, -34a-3p, -34c-3p, -375, -9), предсказательно участвующих в регуляции этих генов. Методом МС-ПЦР определён профиль метилирования группы из 21 гена миРНК, потенциально вовлеченных в метастазирование РЯ и в регуляцию генов ЭМП-МЭП, - на общих выборках образцов ДНК, включающих 45 неметастазирующих опухолей, 31 метастазирующих опухолей, и 19 макро-метастазов в брюшину. Выявлено гипометилирование гена MIR-191 и гиперметилирование 16 генов миРНК, причем, ВПЕРВЫЕ для 12 генов миРНК: MIR-107, -124-1, -124-2, -124-3, -1258, -127, -130b, -132, -137, -191, -193A, -339 (p<0.001, FDR=0.01). Гиперметилирование 13 генов миРНК (MIR-124-2, -124-3, -125B-1, -1258, -127, -129-2, -130b, -137, -193A, -203A, -339, -34b/c, -375) ассоциировано с метастазированием (p≤0.01). Определены группы генов, специфично гиперметилированных в первичных опухолях до метастазирования (MIR-107, -124-1, -124-3, -132), после метастазирования (MIR-124-2, -125B-1, -137, -203A, -375) и в макро-метастазах (MIR-107, -124-1, -148a, -212). Методом количественной ОТ-ПЦР определён профиль экспрессии 12 миРНК (miR-124-3p, -125b-5p, -127-5p, -129-5p, -132-3p, -137, -148a-3p, -191-5p, -193a-5p, -203a, -339-3p, -375) на общей выборке 59 парных образцов РЯ. Для этих 12 миРНК показана высоко значимая корреляция между изменениями экспрессии и метилирования кодирующих их генов (Rs= {0.67 - 0.94} p ≤ 10-4 FDR = 0.01), что подтверждает функциональную роль метилирования генов миРНК в патогенезе РЯ. Определены группы миРНК со сниженной экспрессией в первичных опухолях до метастазирования (miR-124-3p, -125b-5p, -129-5p, -132-3p, -193a-5p), после метастазирования (miR-125b-5p, -127-5p, -129-5p, -132-3p, -137, 193a-5p, -203a, -339-3p, -375) и в макро-метастазах (miR-125b-5p, -127-5p, -129-5p, -132-3p, -137, 193a-5p, -203a, -339-3p, -375). Интересно отметить специфичную перемену свойств миРНК miR-203a и miR-375 в процессе метастазирования от онкогенных с повышенной экспрессией к анти-метастатическим с пониженной экспрессией и гиперметилированием. Стоит отметить своеобразие miR-148a-3p, которая не изменяет ни экспрессию, ни метилирование в первичных опухолях даже от пациенток с метастазами, но резко снижает экспрессию и повышает степень метилирования в макро-метастазах, что указывает на специфичную анти-метастатическую роль miR-148a-3p при РЯ, но на стадии макро-метастазов. Анти-метастатическая роль miR-203a, miR-375 и miR-148a-3p при РЯ обнаружена нами ВПЕРВЫЕ. Определены профили экспрессии 17 генов: CDH1/Е-кадгерин, ZEB1, SLUG/SNAIL2, BCL6, RHOA, BCL2, DAPK1, CCND1, NF1B, TGFB2, ACSL1, AURKA, c-MYC, AXL, BAX, MCL1 и TP53, потенциально вовлеченных в метастазирование и переходы ЭМП-МЭП. На общей выборке первичных опухолей значимое снижение экспрессии выявлено для 4 генов: BCL2, ACSL1, SLUG/SNAIL2, TP53 (p≤0.05), а также на уровне тенденции у генов: c-MYC, AXL, NF1B и TGFB2. Значимое повышение экспрессии выявлено для двух генов: CCND1 и AURKA (p≤0.05), а также на уровне тенденции для гена BAX. Отмечено повышение экспрессии генов ACSL1, SLUG/SNAIL2, AXL, NF1B и TGFB2 в процессе метастазирования, что согласуется с данными литературы о позитивном влиянии этих генов на ЭМП и метастазирование. Определены профили метилирования 12 генов, у которых локализованы CpG-островки: CDH1/Е-кадгерин, ZEB1, BMI1, CTNNB1/бета-катенин, SOX2, SNAIL1, RHOA, BCL2, DAPK1, c-MYC, BAX, TP53. Показано гиперметилирование BAX, DAPK1 и на уровне тенденции RHOA и BCL2, а также гипометилирование CTNNB1/бета-катенин и на уровне тенденции – CDH1/Е-кадгерин. На основе данных, полученных на общих выборках образцов ДНК и РНК, методом корреляционного анализа ВПЕРВЫЕ установлена высоко значимая корреляция между изменениями экспрессии и метилирования для 4 генов: DAPK1, BCL2, BAX и RHOA (Rs=0.66-0.88, p≤10-3), что показывает функциональную роль метилирования в регуляции их экспрессии в патогенезе РЯ. Сопоставлены данные по изменениям экспрессии 17 белоккодирующих генов (CDH1/Е-кадгерин, ZEB1, SLUG/SNAIL2, BCL6, RHOA, BCL2, DAPK1, CCND1, NF1B, TGFB2, ACSL1, AURKA, c-MYC, AXL, BAX, MCL1 и TP53), потенциально вовлеченных в метастазирование и ЭМП/МЭП, и 12 миРНК (miR-124-3p, -125b-5p, -127-5p, -129-5p, -132-3p, -137, -148a-3p, -191-5p, -193a-5p, -203a, -339-3p, -375), предсказательно вовлеченных в их регуляцию, полученные на общих выборках образцов РНК и ДНК. Методом корреляционного анализа определены 6 пар миРНК – мРНК с достаточно выраженной отрицательной корреляцией: BCL6 – miR-137, RHOA – miR-129-5p, NF1B – miR-148a-3p, TGFB2 – miR-132-3p, TP53 – miR-137, DAPK1 – miR-148a-3p (Rs= { -0.26 - -0.47}, p= {0.02-0.08}). Эти результаты означают, что гены (BCL6, RHOA, NF1B, TGFB2, TP53 и DAPK1) могут потенциально подавляться посредством прямого или опосредованного воздействия миРНК (miR-137, miR-129-5p, miR-148a-3p, miR-132-3p, miR-137, и miR-148a-3p, соответственно). Эти результаты требуют верификации с помощью исследований на культурах клеток. Транскриптомный анализ, проведенный в 2017 году при оверэкспрессии miR-124-3p в клетках MCF-7, был дополнен анализом неспецифического действия олигонуклеотидов на транскриптом клеток. Наблюдаемая нами специфическая картина miR-124-3p-индуцированного ремоделирования транскриптома на уровне процессов с вовлечением «включаемых» и «выключаемых» генов оказалась устойчива как на фоне неспецифического действия cel-miR-67p, так и при использовании разных биоинформатических баз-источников аннотации генов. Заметной направленностью изменения транскриптома при оверэкспрессии miR-124-3p была активация целого ряда генов (около 500), ассоциированных с различными элементами системы клеточного дыхания и окислительного фософорилирования. Нами была проведена оценка функциональных эффектов наблюдавшегося нами столь отчетливого ремоделирования транскриптома, которая включала в себя анализ потенциала митохондриальной мембраны и уровень продукции активных форм кислорода. Проведенный анализ показал, что оверэкспрессия miR-124-3p в опухолевых клетках MCF-7 достоверно увеличивает потенциал митохондриальной мембраны и снижает продукцию активных форм кислорода. Полученные данные впервые свидетельствуют об активизации дыхательной цепи митохондрий при увеличении в клетках уровня miR-124-3p . Направление наблюдавшихся изменений согласуется с парадигмой, существующей в данной области, согласно которой активно производящие АТФ митохондрии характеризуются меньшей продукцией супероксид анион-радикала (Murphy, 2009). Проведенные нами исследования указывают на высокую функциональную значимость изменений транскриптома, индуцированных увеличением уровня зрелой формы miR-124-3p в клетках. Для опухолевых клеток часто характерен гликолиз, в том числе аэробный, при этом могут изменять свою активность редокс-зависимые митохондриальные каналы. Наблюдаемое нами увеличение потенциала митохондриальной мембраны и снижение продукции АФК может менять чувствительность клеток к апоптоз-индуцирующим сигналам и модулировать апоптозные пути, в частности митохондриальный путь. Для уточнения характера взаимодействия hsa-miR-124-3p – BCL2, hsa-miR-34a-5p – CCND1 и hsa-miR-34a-5p– CCND1, нами был использован метод biotin-pulldown, в котором трансфекция клеток осуществляется с использованием биотинилированных микроРНК-мимиков, включаемых в комплекс RISC. При последующем лизисе клеток магнитные микрочастицы, покрытые стрептавидином, позволяют преципитировать биотинилированные олигонуклеотиды и комплексы с их участием. Нами наблюдалось обогащение на магнитных частицах мРНК-мишени для пар CCND1/miR-34a-5p, CCND1/miR-34c-3p, BCL2/miR-124-3p, что может указывать на прямой характер взаимодействия данных микроРНК и их мишеней. Проведенный нами транскриптомный анализ образцов рака яичников показал повышение активности группы генов, ассоциированных с биосинтезом гепаран сульфата KEGG GLYCOSAMINOGLYCAN BIOSYNTHESIS HEPARAN SULFATE, что может быть связано с ремоделированием внеклеточного матрикса. Интересно, что среди понизивших свою активность процессов в опухолевых тканях нами был идентифицирован процесс, связанный с врожденным иммунитетом BIOCARTA TOLL PATHWAY (Toll-Like Receptor).

 

Публикации

1. Loginov V.I., Pronina I.V., Burdennyy A.M., Filippova E.A., Kazubskaya T.P., Kushlinsky D.N., Utkin D.O., Khodyrev D.S., Kushlinskii N.E., Dmitriev A.A., Braga E.A. Novel miRNA genes deregulated by aberrant methylation in ovarian carcinoma are involved in metastasis. Gene, Vol. 662, p. 28-36. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.gene.2018.04.005

2. Брага Э.А., Логинов В.И., Филиппова Е.А., Бурдённый А.М., Пронина И.В., Казубская Т.П., Уткин Д.О., Ходырев Д.С., Кушлинский Д.Н., Адамян Л.В., Кушлинский Н.Е. Диагностическое значение группы генов микроРНК, гиперметилированных в карциноме яичников. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Том 166, №8, стр. 213-217. (год публикации - 2018)

3. Брага Э.А., Пронина И.В., Уткин Д.О., Филиппова Е.А., Бурдённый А.М., Логинов В.И., Фридман М.В., Казубская Т.П., Кушлинский Н.Е. Гиперметилирование генов микроРНК miR-124, miR-125b, miR-127 и miR-129 в карциноме яичников вовлечено в подавление их экспрессии и ассоциировано как с развитием, так и с прогрессией рака яичников. Альманах клинической медицины, - (год публикации - 2019)

4. Бурдённый А.М., Уткин Д.О., Филиппова Е.А., Логинов В.И., Пронина И.В., Фридман М.В., Казубская Т.П., Кушлинский Н.Е., Брага Э.А. Гиперметилирование группы генов микроРНК В первичных опухолях и перитонеальных метастазах рака яичников. Патологическая физиология и экспериментальная терапия, 62(4), стр. 58-66 (год публикации - 2018)

5. Рябчиков Д.А., Дудина И.А., Воротников И.К., Талипов О.А., Титов К.С., Денчик Д.А., Казубская Т.П., Бурденный А.М., Логинов В.И. Роль метилирования генов микроРНК в различных молекулярно-биологических подтипах рака молочной железы. Злокачественные опухоли, Т. 8, №1, стр. 5-11. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.18027 / 2224–5057–2018–8–1–5–11

6. Филиппова Е.А., Логинов В.И., Бурдённый А.М., Пронина И.В., Казубская Т.П., Кушлинский Д.Н., Фридман М.В., Ходырев Д.С., Брага Э.А., Кушлинский Н.Е. Гиперметилированные гены микроРНК в карциноме яичников: системы маркеров прогноза метастазирования. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, - (год публикации - 2019)

7. Филиппова Е.А., Логинов В.И., Пронина И.В., Ходырев Д.С., Бурдённый А.М., Казубская Т.П., Брага Э.А. Группа гиперметилированных генов микроРНК при раке молочной железы: диагностический потенциал. Молекулярная биология., - (год публикации - 2019)

8. Burdennyy A., Loginov V., Pronina I., Filippova E., Kazubskaya T., Kushlinsky D., Utkin D., Khodyrev D., Dmitriev A., Braga E.A. Novel miRNA genes deregulated by hypermethylation in epithelial ovarian cancer: association with metastasis. FEBS Open Bio, V. 8, S1, p. 304 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1002/2211-5463.12453

9. Filippova E., Pronina I., Loginov V., Burdennyy A., Zaichenko D., Sokolovskaya A., Kazubskaya T., Moskovtsev A., Braga E., Kubatiev A. Tumor suppressor miRNAs deregulated by methylation and its potential targets in breast cancer. FEBS Open Bio, V. 8, S1, p. 304 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1002/2211-5463.12453

10. Логинов В.И., Ходырев Д.С., Брага Э.А., Бурденный А.М., Пронина И.В., Филиппова Е.А., Казубская Т.П. Способ для прогнозирования метастазирования рака яичников на основе группы генов микроРНК. -, Патент №2666911 от 13.09.2018 с датой приоритета от 24.11.2016 (год публикации - )

11. Логинов В.И., Ходырев Д.С., Брага Э.А., Бурденный А.М., Пронина И.В., Филиппова Е.А., Казубская Т.П. Способ для диагностики рака яичников на основе группы генов микроРНК. -, Заявка на патент №2018138755 (064417) от 02.11.2018 с датой приоритета от 24.11.2016 (год публикации - )

12. - Российские ученые разработали новый метод диагностики рака яичников ГАЗЕТА.RU, 17.05.2018 (год публикации - )

13. - МикроРНК поможет диагностировать рак яичников портал "Индикатор", Медицина. 28 мая 2018 (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Полученные результаты (патент) могут быть использованы при разработке маркеров для диагностики и прогноза метастазирования рака яичников, которые могут найти применение в клинической онкологии.