Механизмы онкогенеза и выживаемости опухолевых клеток в IDH1 и TP53 мутантных глиомах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-15-00378

НазваниеМеханизмы онкогенеза и выживаемости опухолевых клеток в IDH1 и TP53 мутантных глиомах

Руководитель Кумейко Вадим Владимирович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" , Приморский край

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-201 - Гериатрия и геронтология

Ключевые слова глиома, IDH1, ТР53, мультипараметрический анализ, анализ независимых компонент, атомно-силовая микроскопия, натуральные экстракты

Код ГРНТИ34.15.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Несмотря на наличие огромного количества идентифицированных транскриптомных, метаболомных и протеомных маркеров для диагностики, прогнозирования, мониторинга и таргетной терапии глиом, в практической онкологической медицине до сих пор проводится диагностика по гистологическим признакам, а лечение осуществляется с помощью резекции и химиотерапии. Такое несоответствие между состоянием науки и клинической реализацией в течение последнего десятилетия не является неожиданным, учитывая жесткие требования к образцам, высокие темпы разработки технологий, объем и сложность данных, а также постоянно меняющиеся методики, оборудование и методы анализа данных, и, наконец, зачастую недостаточный для использования в клинике уровень достоверности результатов. Также, большинство исследований фокусируются только на одной группе молекул или методике их анализа, что препятствует обнаружению механизмов роста и развития опухолей на базе молекулярных данных (на геномном и протеомном уровнях). Целью заявленного проекта является исследование транскриптомики, протеомики, метаболомики и эпигенетики генно-модифицированных клеточных моделей глиом с индуцированными или обращенными мутациями в генах IDH1 и TP53 с целью, с одной стороны, всестороннего молекулярного анализа взаимодействия данных мутаций, а с другой - создания подходящей модели для эффективного и надежного скрининга потенциальных противоопухолевых соединений. Мы решили исследовать IDH1 R132H в сочетании с проонкогенной мутацией TP53 с усилением функции (GOF), поскольку эта комбинация мутаций является наиболее частой среди пациентов с глиомой. В частности, среди пациентов с точечной мутацией TP53 GOF 41% также имеют мутацию в гене IDH1 [Shajani-Yi et al., 2018]. Мутация IDH1 выявляется у 80% пациентов с глиомами II-III степени и вторичными глиобластомами [Balss et al., 2008], в то время как точечные мутации TP53 встречаются в 24% всех типов глиом [Shajani-Yi et al., 2018]. Установлено, что обе эти мутации оказывают огромное влияние на экспрессию генов и выживаемость клеток. Показано, что мутация IDH1 индуцирует гиперметилирование ДНК и гистонов, что приводит к снижению регуляции экспрессии генов на уровне РНК и белка [Duncan et al., 2012; Doll et al., 2017], в то время как TP53 GOF в ДНК-связывающем домене индуцирует экспрессию генов, вовлеченных в различные пути выживания, и ингибирование проапоптотических генов [Oren and Rotter, 2010]. Несмотря на то, что данные мутации довольно часты и оказывают глубокое влияние на экспрессию генов, эта мутационная комбинация еще никогда не изучалась. Хотя существуют исследования, изучающие взаимодействие мутации в гене IDH1 и потерю антионкогенной функции TP53 (TP53 loss of function) [Modrek et al., 2017; Jiang et al., 2018] при глиомогенезе, очевидно, что потеря антионкогенной функции и усиление проонкогенной функции могут активировать различные механизмы выживания. Поэтому в данном исследовании будут выявлены молекулярные последствия взаимовлияния точечных мутаций в IDH1 и TP53 в первичных клетках глиом. Во время этого проекта мы намерены создавать комплексные мутационные модели глиом, используя новые редакторы нуклеотидных оснований - Be3 (цитидиндезаминаза) [Komor et al., 2016] и ABE (адениндезаминаза) [Gaudelli et al., 2017], позволяющий точно и высокоэффективно редактировать единичные основания без индуцирования двуцепочечных разрывов ДНК. Мы планируем ввести IDH1 R132H (замена аргинина на гистидин в положении 132) и TP53 R248Q (замена аргинина на глутамин в положении 248) мутации в первичные клетки глиом, имеющие дикий тип данных генов. Далее, мы исследуем взаимное мутационное действие на экспрессию генов на уровне эпигенетических модификаций, РНК и белка, а также на конечные метаболиты. Кроме того, мы планируем изучить влияние порядка появления мутаций в клетках, чтобы ответить на вопрос имеет ли значение первичное появление IDH1 R132H или TP53 GOF, и какое влияние этот порядок оказывает на молекулярный профиль клеток. Чтобы сделать данное исследование более надежным, мы также инвертируем IDH1 R132H и TP53 R248Q обратно в дикий тип IDH1wt и TP53wt в клетках глиомы, где эти мутации произошли в ходе естественного канцерогенеза. Эти эксперименты позволят нам всесторонне оценить влияние мутаций на молекулярный профиль глиомы и затем выяснить пути, активированные взаимодействием мутантного IDH1 и TP53 GOF. Далее будет проведен мультипараметрический анализ геномных, транскриптомных, протеомных, метаболомных и эпигенетических данных для идентификации потенциальных мишеней для противоопухолевой терапии. После индентификации мишеней будет проведен нацеленный поиск веществ из натуральных экстрактов, способных ингибировать пути выживания IDH1 и ТР53-мутантных клеток глиом. В качестве дополнительного метода будет проведена атомно-силовая микроскопия живых клеток полученных культур с целью выявления изменений в морфологии и наномеханике клеток с различным мутационным профилем. В качестве завершающего этапа заявленного проекта будет проведен скрининг перспективных натуральных экстрактов, способных ингибировать пути выживания IDH1 и ТР53-мутантных клеток глиом. В качестве завершающего этапа заявленного проекта будет проведен скрининг перспективных экстрактов из богатой биоты Дальневосточного региона. У нас есть огромная библиотека биомолекул, компоненты которой будут оценены в качестве ингибиторов ранее идентифицированных путей выживания, одновременно предоставляя информацию о механизме действия. Таким образом, в ходе данного исследования будут созданы доклинические in vitro модели наиболее частых мутаций в глиомах, которые будут иметь решающее значение не только для понимания роли мутаций в IDH1 и ТР53 при глиомагенезе, но также позволят эффективно тестировать новые противоопухолевые агенты, направленные на ингибирование механизмов выживания, запущенных данными мутациями. Данный проект позволит сделать огромный шаг в сторону персонифицированной терапии глиом на основе мутационного профиля пациента, и существенно расширит терапевтический арсенал для таргетной терапии за счет включения натуральных веществ из эндемичной для Дальнего востока биоты.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Розенбер Ю., Роговая О., Мелино Д., Барлев Н., Каганский А. Distinct p63 and p73 protein interactions predict specific functions in mRNA splicing and polyploidy control in epithelia Cells (год публикации - 2020)

2. Косянова А., Тясто В., Яцунская М., Хотимченко Ю., Каганский А. Natural molecules as modulators of epigenetic silencing in human cells for cancer care and aging Biological Communications (год публикации - 2020)

3. Гинченко А.В., фон Кригсхайм А., Швед Н.А., Егорова А.Е., Иляскина Д.В., Карп Т.Д., Гончаров Н.В., Петрова И.Ю., Кумейко В.В. A Novel C1q Domain-Containing Protein Isolated from the Mollusk Modiolus kurilensis Recognizing Glycans Enriched with Acidic Galactans and Mannans Marine Drugs, том 19, номер статьи 668, страницы 1-20 (год публикации - 2021)
10.3390/md19120668

4. Гулая В.С., Шмелев М.Е., Романишин А.О., Швед Н.А., Фарниев В.М., Гончаров Н.В., Биктимиров А.Р., Варгас И.Л., Ходосевич К., Каганский А.М., Кумейко В.В. Single-nucleus transcriptomics of IDH1- and TP53-mutant glioma stem cells displays diversified commitment on invasive cancer progenitors Scientific Reports, Номер 8, Том12(1), Страницы 18975 (год публикации - 2022)
10.1038/s41598-022-23646-3

5. Фарниев В.М., Шмелев М.Е., Швед Н.А., Гулая В.С., Биктимиров А.Р., Жижченко А.Ю., Кучмижак А.А., Кумейко В.В. Nanomechanical and Morphological AFM Mapping of Normal Tissues and Tumors on Live Brain Slices Using Specially Designed Embedding Matrix and Laser-Shaped Cantilevers Biomedicines, Номер 19, Том 10, Выпуск 7, Страницы:1742 (год публикации - 2022)
10.3390/biomedicines10071742

6. Шмелев М.Е., Титов С.И., Белоусов А.С., Фарниев В.М., Жменя В.М., Ланских Д.В., Пенькова А.О., Кумейко В.В. Cell and Tissue Nanomechanics: From Early Development to Carcinogenesis Biomedicine, Номер 1; Том 10, Выпуск 2, Страницы: 345 (год публикации - 2022)
10.3390/biomedicines10020345

Публикации