Сопоставление показателей геномной нестабильности, регуляции процессов репарации и активности мобильных элементов в раковых опухолях по геномным и транскриптомным данным

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 20-75-10071

НазваниеСопоставление показателей геномной нестабильности, регуляции процессов репарации и активности мобильных элементов в раковых опухолях по геномным и транскриптомным данным

Руководитель Сунцова Мария Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет) , г Москва

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова мобильные генетические элементы, прогностические биомаркеры, геномный анализ, транскриптомика, микросателлитная нестабильность, амплификация генов, мутационная нагрузка опухоли, внутриклеточные молекулярные пути, репарация геномной ДНК, полноэкзомное секвенирование, секвенирование РНК, молекулярная онкология

Код ГРНТИ76.03.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Нестабильность геномов раковых опухолей тесно связана с выбором терапии и с ее ожидаемой эффективностью. Наиболее часто рассматриваются такие параметры, как мутационная нагруженность опухоли, микросателлитная нестабильность (МСН), мутации генов белков – участников молекулярных путей репарации ДНК, амплификация и делеция генов. Для них была установлена связь с успешностью терапии опухолей такими препаратами, как антитела-блокаторы контрольных точек иммунитета, препараты платины, блокаторы поли (АДФ-рибоза) полимеразы, таргетные препараты против некоторых продуктов амплифицированных генов и другими. В последнее время все большее значение приобретает еще один биомаркер геномной нестабильности: встройки мобильных генетических элементов. Все активные мобильные элементы человека и млекопитающих относятся к классу ретроэлементов (РЭ), то есть размножаются путём обратной транскрипции (синтеза кДНК-копии) на матрице молекул РНК-посредников. Технологии полногеномного секвенирования позволили установить, что около 35% злокачественных опухолей содержат в своём геноме как минимум одну новую встройку РЭ. В некоторых видах рака (опухоли головы и шеи, толстой кишки, лёгкого и пищевода) они встречаются с гораздо более высокой частотой: например, в 27% случаев аденокарциномы пищевода обнаруживается более 100 новых встроек РЭ на опухолевый геном. Встройки РЭ способны как непосредственно выключать или модулировать экспрессию генов, так и провоцировать крупные геномные перестройки. Таким образом, активность РЭ в опухолях может являться важным диагностическим и/или прогностическим маркером. Тем не менее, встройки РЭ и связанные с ними эффекты остаются за рамками стандартно проводимых видов скрининга опухолевых образцов. Полногеномное секвенирование ДНК опухоли вряд ли в краткосрочной или среднесрочной перспективе будет внедрено в рутинную диагностическую практику. Даже полноэкзомное секвенирование опухолей (а это всего лишь около 2% генома) как исследовательский подход пока что используется крайне редко, в первую очередь в силу относительной дороговизны такого подхода. Обычно сколь-либо масштабная генетическая характеристика опухоли проводится для «таргетной» панели экзонов 100-400 белоккодирующих генов (из более чем 20.000). Исходя из теоретических положений, повышенная частота РЭ-мутагенеза и накопления их геномных вставок в опухолевой ДНК может быть связана с более высокой экспрессией самих мобильных элементов. Тем не менее, в опубликованных на текущий момент работах такая связь не исследовалась. Слабо исследована на сегодня и связь между экспрессией РЭ и маркерами геномной нестабильности в опухолевых образцах. В рамках настоящего проекта мы собираемся впервые изучить связь между экспрессией РЭ, МСН, мутационной нагруженностью, частотой делеций и амплификаций генов, мутациями генов системы репарации и активностью 48 молекулярных путей репарации ДНК. Измерения будут выполнены на материале не менее 200 экспериментальных аннотированных опухолевых образцов, в группах по не менее чем 40 для пяти типов опухолей на продвинутых стадиях: немелкоклеточный рак лёгкого, рак толстой кишки, глиобластома, рак яичников, рак молочной железы. Для 40 образцов рака лёгкого будет проведено сравнение известного статуса ответа на анти-PD1/PDL1 терапию с проявленностью маркеров геномной нестабильности и экспрессии РЭ. Среди всех исследованных типов опухолей, будут отобраны двадцать образцов с наибольшими уровнями экспрессии автономных РЭ и двадцать образцов с наименьшими значениями. Для отобранных 40 образцов, методом селективной ПЦР-супрессии будут амплифицированы, а затем отсеквенированы фланкирующие области активных РЭ человека семейств L1 и Alu. При этом контролем будет служить ДНК, полученная из фрагментов соседних с опухолью нормальных тканей, присутствующих в образцах биоматериала. Картирование РЭ-фланкирующих областей на геном человека позволит выявить и оценить количество новых интеграций в группах с высокой и низкой экспрессией РЭ. Кроме того, впервые будет валидировано на экспериментальном материале решение технической задачи расчета мутационной нагрузки на основе данных секвенирования РНК. Ранее нами был разработан, но пока не опубликован, алгоритм, основанный на машинном обучении, строящий гибкую матрицу выравнивания последовательности прочитанной РНК при расчете мутационной нагрузки. В итоге, впервые будет разработан интегральный подход, позволяющий на основе единственной экспериментальной процедуры: секвенировния РНК, определять уровени экспрессии РЭ, маркеров контрольных точек иммунитета (включая PDL1), МСН, активации молекулярных путей репарации ДНК, а также мутационной нагруженности опухоли. Применение разработанной системы при разумной себестоимости может иметь определяющее значение при назначении некоторых видов химиотерапии и таргетной терапии онкобольным. Таким образом, выполнение проекта позволит ответить на важные фундаментальные вопросы молекулярной онкологии, а также разработать практически применимую диагностическую экспериментальную систему и провести её апробацию. К решаемым фундаментальным проблемам относятся вопросы связи экспрессии РЭ, накопления их геномных вставок и проявленности других признаков геномной нестабильности в опухолях, таких как МСН, генные делеции и амплификации, мутационная нагруженность, а также мутаций в генах белков систем репарации и активации репарационных молекулярных путей. Кроме того, интересна и связь ответа на блокаторы контрольных точек иммунитета (анти-PD1/PDL1 терапию) с экспрессией РЭ в опухолях.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Борисов Н.М., Сергеева А.М., Сунцова М.В., Раевский М., Гайфуллин Н.М., Менделеева Л.П., Гудков А., Нарейко М.В., Гаража А.В., Ткачев В.С., Ли С., Сорокин М.И., Сурин В.Л., Буздин А.А. Machine Learning Applicability for Classification of PAD/VCD Chemotherapy Response Using 53 Multiple Myeloma RNA Sequencing Profiles. Frontiers in Oncology, том 11, № 4 (год публикации - 2021)
10.3389/fonc.2021.652063

2. Буздин А.А., Ткачев В.С., Золотовская М.А., Гаража А.В., Мошковский С.А., Борисов Н.М., Гайфуллин Н.М., Сорокин М.И., Сунцова М.В. Using proteomic and transcriptomic data to assess activation of intracellular molecular pathways Advances in Protein Chemistry and Structural Biology (год публикации - 2021)
10.1016/bs.apcsb.2021.02.005

3. Александр Серяков, Зайнаб Магомедова, Мария Сунцова, Анастасия Прокофьева, Елизавета Рабушко, Александр Глускер, Людмила Маковская, Марианна Золотовская, Антон Буздин, Максим Сорокин RNA Sequencing for Personalized Treatment of Metastatic Leiomyosarcoma: Case Report Frontiers in Oncology, Front Oncol . 2021 Aug 30;11:666001. doi: 10.3389/fonc.2021.666001 (год публикации - 2021)
10.3389/fonc.2021.666001

4. Максим Сорокин, Александр Горелышев, Виктор Ефимов, Евгения Зотова, Марианна Золотовская, Елизавета Рабушко, Денис Кузьмин, Александр Серяков, Дмитрий Камашев, Синьмин Ли, Елена Поддубская, Мария Сунцова, Антон Буздин RNA sequencing data for FFPE tumor blocks can be used for robust estimation of tumor mutation burden in individual biosamples Frontiers in Oncology, Front Oncol. 2021; 11: 732644, doi: 10.3389/fonc.2021.732644 (год публикации - 2021)
10.3389/fonc.2021.732644

5. Рабушко Е, Сорокин М, Сунцова М, Серяков А.П., Кузьмин Д.В., Поддубская Е., Буздин А.А. Experimentally Deduced Criteria for Detection of Clinically Relevant Fusion 3′ Oncogenes from FFPE Bulk RNA Sequencing Data Biomedicines, Biomedicines. 2022 Aug 2;10(8):1866 (год публикации - 2022)
10.3390/biomedicines10081866

6. Золотовская М.А., Модестов А.А., Сунцова М.В., Рачкова А.А., Королева Е.В., Поддубская Е.В., Секачева М.И., Ткачев В.С., ..., Ким Е., Сорокин М.И., Ван И., Буздин А.А. Pan-cancer antagonistic inhibition pattern of ATM-driven G2/M checkpoint pathway vs other DNA repair pathways DNA Repair, Том 123 (год публикации - 2023)
10.1016/j.dnarep.2023.103448

Публикации