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 22-15-00308
НазваниеМолекулярный ландшафт рака полости рта у пациентов молодого возраста
РуководительЧойнзонов Евгений Лхамацыренович, Доктор медицинских наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук", Томская обл
Период выполнения при поддержке РНФ | 2022 г. - 2024 г. |
Конкурс№68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-208 - Онкология
Ключевые словаПлоскоклеточная карцинома полости рта, молодой возраст, полноэкзомное секвенирование, секвенирование единичных клеток, соматические мутации, экспрессия генов, микроокружение
Код ГРНТИ76.29.49
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Карциномы головы и шеи являются шестым по распространенности типом злокачественных новообразований во всем мире, почти в половине случаев поражая ротовую полость. Плоскоклеточная карцинома полости рта (ПКПР) является одной из важнейших медицинских и социально-экономических проблем в большинстве развитых стран мира в связи с высокой смертностью от данного заболевания (около 40%) на первом году после постановки диагноза. При этом заболеваемость ПКПР среди пациентов моложе 45 лет растет с каждым годом. Для молодых пациентов с ПКПР характерно агрессивное течение заболевания, малоэффективное применение стандартных схем лечения, а также отсутствие классических этиологических факторов, характерных для больных опухолями головы и шеи старшего возраста: употребление табака, алкоголя и инфицирование вирусом папилломы человека. В связи с этим важной задачей является выявление патогенетических причин возникновения ПКПР у молодых пациентов.
Настоящий проект направлен на анализ молекулярно-генетических особенностей ПКПР у пациентов молодого возраста. Применение полноэкзомного секвенирования позволит идентифицировать соматические генетические нарушения, являющиеся драйверами формирования и прогрессирования ПКПР у пациентов моложе 45 лет. Секвенирование РНК единичных клеток позволит изучить фенотипическое разнообразие опухолевых клеток и клеток микроокружения ПКПР у молодых пациентов и обнаружить клеточные популяции, вовлеченные в рост опухоли и опухолевую прогрессию.
Помимо фундаментальной значимости полученные результаты будут обладать несомненной практической ценностью. В частности, выявленные в ходе данного проекта генетические нарушения и транскрипционные характеристики ПКПР у молодых пациентов будут использоваться как основа для разработки диагностических и прогностических маркеров и новых терапевтических мишеней.
Ожидаемые результаты
Запланированные результаты соответствуют передовому уровню мировых исследований, как по формулировке исследовательской задачи, так и по применению мультидисциплинарного подхода с использованием современных и высокотехнологичных методов, включающих полноэкзомное секвенирование, секвенирование РНК единичных клеток и биоинформатический анализ.
В результате выполнения проекта будут получены приоритетные данные о соматических генетических нарушениях, ассоциированных с возникновением и прогрессированием ПКПР у лиц молодого возраста. На основе данных транскриптомного профиля единичных клеток будет составлен фенотипический портрет ПКПР у молодых пациентов. В частности, будут выявлены популяции опухолевых, иммунных и стромальных клеток, вовлеченные в формирование и прогрессирование ПКПР. На основе сопоставления данных мутационного ландшафта и транскрипционного профилирования опухоли будут обнаружены генетические нарушения, ассоциированные с фенотипическим составом ПКПР.
Выявленные генетические нарушения и транскрипционные характеристики будут основой для разработки подходов раннего выявления и предсказания риска прогрессирования и идентификации новых терапевтических мишеней ПКПР.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Первый этап проекта был направлен на решение двух задач: оценить тип и частоту однонуклеотидных вариантов (SNVs, indels) и аберраций числа копий ДНК (CNAs) у молодых больных ПКПР и идентифицировать мутационные сигнатуры и генетические драйверы ПКПР в молодом возрасте. Дополнительно для 4 больных ПКПР молодого возраста было проведено пространственное транскриптомное профилирование ткани опухоли. Для решения задач были выполнены следующие работы: сформированы группы больных ПКПР моложе (n=28) и старше (n=23) 45 лет, создан банк ДНК образцов периферической крови, ткани первичной опухоли и ткани рецидива (при возникновении), проведены полноэкзомное секвенирование, пространственное транскриптомное профилирование и биоинформатическая обработка данных, включая поиск SNVs, indels и CNAs, а также определение популяционного состава опухоли у молодых пациентов с ПКПР. В ходе выполнения проекта получены следующие результаты. У молодых пациентов с ПКПР обнаружены 8 генов, частота мутаций в которых значимо выше частоты мутаций у возрастных пациентов с ПКПР: MYO15A (18%), DNER (12%), FOXRED2 (12%), CNOT1 (12%), LRGUK (12%), CACNG7 (12%), COPG1 (12%), DPP6 (12%). Наиболее часто мутирующим геном среди молодых пациентов с ПКПР был ген ТР53 (76%). Однонуклеотидные варианты гена ТР53 rs121913343 и rs28934575 повторялись у трех и двух пациентов, соответственно. У молодых пациентов с ПКПР найдены гены, которые ранее были описаны как драйверные для плоскоклеточной карциномы головы и шеи: TP53, CDKN2A, NOTCH1, CASP8, RBM15, CUL3, FAT1, NOTCH2; а также для рака других локализаций: HIP1, PRRX1, EPHA3, GTF2I, PEG3, GNAS, NBEA, RNF213, DGCR8, PTPN6, ZNF521. Однако, значимых различий по частоте встречаемости мутаций в данных генах между возрастной и молодой группой пациентов с ПКПР обнаружено не было. Найдены амплификации, которые встречаются значимо чаще у молодых пациентов с ПКПР по сравнению с возрастными. Увеличение копийности ДНК наблюдалось на 4 (28%), 5 (50%), 8 (22%), 9 (39%), 18 (33%) и 20 (39%) хромосомах в ткани ПКПР молодых пациентов. В ткани ПКПР молодых пациентов также идентифицирована мутационная сигнатура SBS5-SBS1. Интересно, что SBS5 мутационную сигнатуру связывают с воздействием табака и возрастных изменений, хотя все пациенты в данном исследовании были моложе 45 лет, и 77% из них - не курильщики. Полноэкзомное секвенирование двух случаев рецидива ПКПР у пациентов моложе 45 лет показало 16 и 6 общих для ткани первичной опухоли и ткани рецидива мутаций у пациента 1 и пациента 2, соответственно. В ткани опухоли обоих пациентов наблюдалась мутация в гене ТР53 по типу сдвига рамки считывания. Кроме того, был обнаружен ген EPHB6, мутация в котором наблюдалась в ткани рецидивов, но отсутствовала в ткани первичной опухоли пациентов. Общих CNA обнаружено не было. С помощью пространственной транскриптомики идентифицировано 9 популяций опухолевых и 5 популяций иммунных клеток в ткани ПКПР молодых пациентов. Таким образом, в результате проведенного исследования были идентифицированы потенциальные драйверные гены, мутации, мутационные сигнатуры и популяции клеток с учетом микроархитектоники опухоли, характерные для ПКПР в молодом возрасте.
Информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту:
https://www.tnimc.ru/novosti/nii-onkologii/osobennosti-raka-polosti-rta-u-molodykh-patsientov-obsudili-na-seminare-v-moskve/?sphrase_id=400217
https://vk.com/@tnimc-rossiiskie-uchenye-obedinyat-usiliya-dlya-vyyavleniya-mehani
Публикации
1. Федорова И.К., Кульбакин Д.Е., Колегова Е.С., Патышева М.Р., Денисов Е.В., Чойнзонов Е.Л.,Поляков А.П., Мордовский А.В., Ребрикова И.В., Каприн А.Д., Аверинская Д.А., Романова М.Э., Шаталов П.А., Шегай П.В., Кудашкина Д.С., Яковлева Л.П., и др. Лечение молодых пациентов с раком полости рта: текущее состояние и перспективы (консорциум «Этиология и патогенез рака полости рта у пациентов молодого возраста»). Часть 1 Голова и шея. Российский журнал., 10(4) (год публикации - 2022)
2. Федорова И.К., Кульбакин Д.Е., Колегова Е.С., Патышева М.Р., Денисов Е.В., Чойнзонов Е.Л.,Поляков А.П., Мордовский А.В., Ребрикова И.В., Каприн А.Д., Аверинская Д.А., Романова М.Э., Шаталов П.А., Шегай П.В., Кудашкина Д.С., Яковлева Л.П., и др. Лечение молодых пациентов с раком полости рта: текущее состояние и перспективы (консорциум «Этиология и патогенез рака полости рта у пациентов молодого возраста»). Часть 2 Голова и шея. Российский журнал., - (год публикации - 2023)
3. Колегова Е.С., Щеголева А.А., Воробьев Р.С., Федорова И.К., Кульбакин Д.Е., Чойнзонов Е.Л., Денисов Е.В. Особенности мутационного ландшафта рака полости рта у молодых пациентов III Всероссийская конференция “Высокопроизводительное секвенирование в геномике”. Тезисы, Новосибирск: Академиздат, 2022.- 122 с. – С. 101. (год публикации - 2022)
4. - Особенности рака полости рта у молодых пациентов обсудили на семинаре в Москве Официальный сайт Томского НИМЦ, - (год публикации - )
5. - Российские ученые объединят усилия для выявления механизмов развития рака полости рта у молодых пациентов Официальная страница ВКонтакте Томского НИМЦ, - (год публикации - )
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Второй год проекта был направлен на решение следующих задач: 1. изучить транскрипционные особенности опухолевых клеток и клеток микроокружения у молодых больных ПКПР; 2. выявить опухолевые популяции и/или клетки микроокружения, характерные для ПКПР в молодом возрасте; 3. оценить связь между мутационным ландшафтом, транскриптомом и популяционным составом ПКПР у пациентов молодого возраста; 4. оценить генетический ландшафт рецидивов ПКПР у пациентов молодого возраста; 5. изучить мутационный ландшафт ПКПР молодых больных в сравнении с возрастными больными российской популяции. Для решения задач были выполнены следующие работы: проведено транскриптомное профилирование единичных клеток опухоли с помощью двух подходов: РНК-секвенирование единичных клеток на срезе ткани или пространственная транскриптомика (10 молодых и 4 возрастных больных раком языка) и РНК-секвенирование единичных клеток (1 молодой и 1 возрастной больной раком языка); проведена биоинформатическая обработка данных секвенирования, включая кластеризацию образцов, анализ дифференциальной экспрессии генов, построение траекторий развития опухолевых клеток; анализ мутационных сигнатур рецидивирующей ПКПР в молодом возрасте; проведено полноэкзомное секвенирование ткани опухоли (5 молодых и 13 возрастных больных ПКПР) с последующей биоинформатической обработкой образцов по алгоритму первого года проекта.
По результатам пространственного транскриптомного секвенирования описано 12 кластеров, соответствующих популяциям нормальных клеток языка, опухолевых и иммунных клеток. Обнаружено 3 кластера опухолевых клеток, встречающихся как у возрастных, так и у молодых больных. Для опухолевых кластеров 1 и 3 молодых пациентов была характерна активация процесса образования протеосом; взаимодействия рецепторов межклеточного матрикса, фокальной адгезии и процессов, подобных инфицированию вирусом папилломы человека. Опухолевый кластер 2 у молодых больных характеризовался процессами, связанными с функционированием белка p53 и генными сигнатурами золотистого стафилококка. Морфологическая картина 1 и 3 кластеров соответствовала умереннодифференцированным опухолевым клеткам с фрагментами гиалиноза и фрагментами ороговения. Морфологическая картина клеток, принадлежащих к кластеру 2, представляла собой тяжи солидных структур высокодифференцированных клеток.
Определены траектории развития опухолевых клеток у молодых больных ПКПР. Первичный кластер ПКПР у молодых пациентов можно охарактеризовать как клетки, активно готовящиеся к делению. Следующий по развитию кластер характеризовался выраженностью МАРК, канонического и неканонического TGFb и JAK-STAT сигнальных путей. Финальный кластер экспрессировал гены МАРК, JAK-STAT и неканонического TGFb сигнальных путей.
Обнаружено два кластера иммунных клеток, которые характеризовались наличием генных сигнатур миелоидных и плазматических клеток. В кластере плазматических клеток у молодых пациентов обнаружено подавление сигнальных путей, участвующих в процессе презентации антигена и ряде иммунных реакций на инфекционные заболевания. В то же время активированы сигнальные пути синтеза IL 17, фокальной адгезии, иммунной реакции на вирус папилломы человека, и взаимодействием компонентов внеклеточного матрикса. Для миелоидного кластера молодых пациентов характерно подавление сигнальных путей инфекционных заболеваний, IL-17, фактора некроза опухоли, фокальной адгезии, каскада системы комплемента,компонентов внеклеточного матрикса и NOD-подобных рецепторов распознавания чужеродных антигенов. В этом кластере подавлялись сигнальные пути иммунных реакций на вирус папилломы человека и ряда инфекционных заболеваний, сигналинга IL-17 и фактора гипоксии HIF-1.
Определены лиганд-рецепторные взаимодействия в ткани ПКПР молодых пациентов. Для опухолевых кластеров характерны лиганд-рецепторные взаимодействия, входящие в сигнальные пути NOTCH, Wnt и TGFb. Для лимфоидных и миелоидных кластеров наблюдались лиганд-рецепторные взаимодействия провоспалительных реакций и антиген-презентирующих рецепторов. Кластеры опухоль-ассоциированных фибробластов в основном представляли лиганд-рецепторные взаимодействия, связанные с поддержкой опухолевого роста (факторы роста NRG1-GPC1, TGFB2-TGFBR1 и регуляция иммунной инвазии в опухоль SEMA3D-NRP1).
При одновременном анализе генетического и транскрипционного ландшафта опухоли обнаружены наиболее частые мутации в MAPK сигнальном пути. При этом в опухолевых кластерах при анализе транскриптома также отмечена повышенная экспрессия генов МАРК сигнального пути (MAP2K1, MAP2K3, FOS, FOSB, JUN, JUNB, FOSL1, FOSL2) и транскрипционных факторов, инициирующих пролиферацию и дифференцировку клеток (CDK4, CDK6).
Показано, что в ткани первичной опухоли и ткани рецидива присутствует мутационная сигнатура SBS3, связанная с нарушением системы репарации ДНК. Частота мутаций в гене LOC112267881 значимо выше в ткани ПКПР у молодых больных и отсутствовала у возрастных пациентов. При функциональном аннотировании генов, мутации которых встречаются только у молодых больных, обнаружено значимое обогащение метаболических (инозитолфосфата, белков, паратиреоидных гормонов) и сигнальных (Rap1 и MAPK) путей.
Таким образом, в результате проведенного исследования обнаружены популяции клеток опухоли и микроокружения, характерные для больных ПКПР молодого возраста, и их транскрипционные характеристики и маркёры. Изучены траектории развития опухолевых клеток у молодых больных ПКПР. Проведен анализ ассоциации генетических нарушений и транскрипционных особенностей ПКПР у пациентов молодого возраста. Изучен генетический ландшафт рецидивов ПКПР у пациентов молодого возраста. Описан мутационный ландшафт ПКПР молодых больных в сравнении с возрастными больными российской популяции.
Публикации
1. Колегова Е.С., Щеголева А.А., Воробьев Р.С., Федорова И.К., Кульбакин Д.Е., Поляков А.П., Мордовский А.В., Яковлева Л.П., Вялов А.С., Циклаури В.Т., Кропотов М.А., Сучкова Н.Г., Сукорцева Н.С., Решетов И.В., Чойнзонов Е.Л., Денисов Е.В. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕЦИДИВА РАКА ЯЗЫКА У МОЛОДЫХ БОЛЬНЫХ БЮЛЛЕТЕНЬ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЫ, - (год публикации - 2024)
2. Простакишина Е.А., Дампилова Т.Д., Кононова Л.А., Ямщиков П.С., Патышева М.Р., Колегова Е.С., Чойнзонов Е.Л., Денисов Е.В. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ЛАНДШАФТ РАКА ПОЛОСТИ РТА У МОЛОДЫХ ПАЦИЕНТОВ ГЕНЕТИКА, том 59, № 11, с. 1290–1302 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0016675823110103
3. Простакишина Е.А., Патышева М.Р., Колегова Е.С., Хозяинова А.А., Меняйло М.Е., Ларионова И.В., Федорова И.К., Кульбакин Д.Е., Чойнзонов Е.Л., Денисов Е.В. ОСОБЕННОСТИ ИММУННОГО ЛАНДШАФТА РАКА ЯЗЫКА У МОЛОДЫХ ПАЦИЕНТОВ X Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов и молекулярных биологов — 2023: Cб. тез., Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2023. — 814 с. – C.712-713 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.25205/978-5-4437-1526-1-363