Параганглиомы головы и шеи: генетика, молекулярный патогенез и новые системы детекции мутаций в драйверных генах

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 24-14-00439

НазваниеПараганглиомы головы и шеи: генетика, молекулярный патогенез и новые системы детекции мутаций в драйверных генах

Руководитель Снежкина Анастасия Владимировна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук , г Москва

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-210 - Молекулярная генетика

Ключевые слова Редкие опухоли головы и шеи, SDHx мутации, экспрессионная модель, мультиплексное таргетное секвенирование, метилом, метаболом, биохимический фенотип

Код ГРНТИ34.15.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Параганглиомы (ПГ) головы и шеи являются редкими нейроэндокринными опухолями и составляют 0,03% от всех новообразований. Эти опухоли характеризуются индолентным течением заболевания с переменным прогрессирующим ростом, значительно варьирующей симптоматикой и вариабельным потенциалом метастазирования, который невозможно предсказать. ПГ головы и шеи представляют серьезную проблему для диагностики и терапии. Важным элементом в диагностике этих опухолей является определение наличия мутаций в генах предрасположенности SDHx, которые ассоциированы с синдромальными (семейными), мультифокальными и метастатическими формами опухолей. Идентификация SDHx мутаций значительно повышает шансы на ранее выявление заболевания, прогноз и успешное лечение. Отдельные группы ученых из разных стран мира изучают генетические особенности ПГ головы и шеи в рамках конкретных популяций. Однако молекулярно-генетические данные об этих опухолях остаются ограниченными из-за малых размеров выборок и сложности их исследования (необходимость предоперационной эмболизации, отсутствие прилежащей парной нормальной ткани, сложность культивирования и др.). Кроме того, несмотря на то, что параганглиомы характеризуются самым высоким уровнем наследования (около 40%) среди всех опухолей человека, механизмы патогенеза наследственных форм до конца не определены. Генетические изменения и молекулярные пути развития спорадических ПГ до сих пор остаются неясными. Исследование молекулярно-генетических основ образования и прогрессии ПГ головы и шеи является чрезвычайно актуальной задачей для понимания фундаментальных механизмов образования опухоли, а также развития новых подходов для диагностики и терапии. Также важно интегрирование в клиническую практику генетического тестирования и консультации. В рамках данного Проекта нами планируется выполнить масштабное исследование около 200 опухолевых образцов ПГ головы и шеи. На основе новых результатов и ранее полученных данных, исследуемая выборка будет охарактеризована на наличие основных генетических мутаций, нарушений транскриптома (профилей экспрессии мРНК и микроРНК), изменений метилома и различных параметров метаболома, что будет является самой разносторонней и полной характеристикой репрезентативной выборки этих опухолей в мире. Кроме того, в Проекте будут исследованы молекулярные механизмы развития наследственных и спорадических форм опухолей. Впервые будет установлен функциональный статус ПГ головы и шеи пациентов российской популяции, а также исследовано содержание сукцината в плазме крови и ассоциированные молекулярно-генетические изменения. Эти результаты в дальнейшем могут быть использованы для улучшения диагностики и оценки прогрессии заболевания методами рутинного лабораторного анализа. Будет разработана экспрессионная модель предсказания мутаций в генах SDHx, которые часто наблюдаются при ПГ головы и шеи (около 50% случаев). Также впервые планируется адаптировать метод целевого секвенирования ампликонов с использованием мультиплексной ПЦР (mPCR-TAS) для генетического тестирования SDHx мутаций. Эти подходы значительно снизят временные и стоимостные затраты на выявление мутаций в драйверных генах и могут быть использованы как в научных целях, так и оптимизированы для клинической практики. Задачи Проекта являются актуальными, а ожидаемые результаты - новыми и значимыми. Планируемые исследования соответствуют мировому уровню. Результаты Проекта внесут важный вклад в молекулярную генетику редких опухолей и будут способствовать развитию персонализированной медицины.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Оптимизирован метод целевого секвенирования ампликонов с использованием мультиплексной ПЦР (mPCR-TAS) для тестирования мутаций в генах SDHx. С использованием этого метода проведен генетический скрининг 275 пациентов с параганглиомами голов и шеи (ПГШ). Выявлено 32 различных патогенных/потенциально патогенных мутации в генах SDHx у 59 пациентов с ПГШ. На основе экзомных данных, выполнен анализ генетических вариантов в новых генах при ПГШ. В 30% опухолей идентифицировано 53 патогенных/потенциально патогенных вариантов в 36 различных генах. В генах ARNT, IDH2, L2HGDH, MYH3, PIK3CA и TERT выявлены клинически значимые варианты. Показана ассоциация мутаций IDH2 (R172) и PIK3CA (H1047) в «горячих точках» с ПГШ, что имеет важное значение для диагностики и терапии. Функциональный анализ генных сетей показал множество связей между мутантными генами, участвующими в ключевых метаболических процессах (цикл Кребса, метаболизм углерода и пирувата и др.) и сигнальных путях (HIF1, PI3K-Akt, FoxO, AMPK, MAPK и др.). Также впервые идентифицированы однонуклеотидные варианты в генах длинных некодирующих РНК - H3F3AP4, HIF1A-AS1, HIF1A-AS3 и TET2-AS1, которые могут оказывать негативное влияние на их функцию и способствовать дерегуляции важных клеточных путей и онкогенезу. Проведен анализ RNA-Seq и miRNA-Seq данных расширенной выборки ПГШ разных локализаций. Выявлены гены, длинные некодирующие РНК и микроРНК, ассоциированные с мутациями в генах SDHx. Показано значимое изменение экспрессии генов пути окислительного фосфорилирования, а также нарушение микроРНК-регуляции генов сигнальных путей FoxO, TGF-бета, PI3K-Akt, клеточного цикла, метаболизма углерода, фокальной адгезии, гипоксии, и ангиогенеза. На основе RNA-Seq данных, проведен анализ внутриопухолевого микробиома (бактерии, грибы) и вирома. Выявлено высокое разнообразие бактериальный семейств и отсутствие вирусов в опухолевых тканях. С использованием полученных транскриптомных данных разработана двухэтапная экспрессионная модель, предсказывающая наличие мутаций в генах SDHx при ПГШ. Модель оптимизирована для работы с клиническими парафинизированными (FFPE) образцами и методом количественной ПЦР. На первом этапе на основе комбинации экспрессии генов CEP104, EYA4, FGD5 и NFRKB модель предсказывает наличие мутаций в любом из четырех генов SDHx (SDHA, SDHB, SDHC и SDHD) с чувствительностью 0.89, специфичностью 1.00, точностью 0.94 и AUC 0.94. На втором этапе на основе комбинации генов CEP104, EYA4, FGD5 и TERC модель определяет в каком конкретно их генов произошла мутация (SDHB, SDHD или SDHA/SDHC) со 100% достоверностью. Данная модель является уникальным инструментом для первичной идентификации мутаций в конкретных генах SDHx. Модель может быть использована в алгоритме принятия решений по направлению пациентов на генетическое тестирование, сокращая стоимость медицинской диагностики, особенно в сочетании с методом mPCR-TAS.

Публикации

1. Снежкина А.В., Павлов В.С., Краснов Г.С., Калинин Д.В., Пудова Е.А., Столбовская О.В., Даншина А.В., Федорова М.С., Кудрявцева А.В. Non-Susceptibility Gene Variants in Head and Neck Paragangliomas International Journal of Molecular Sciences, 25(23), 12762 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms252312762

2. Федорова М.С., Снежкина А.В., Калинин Д.В., Пудова Е.А., Ланцова М.С., Краснов Г.С., Павлов В.С., Кудрявцева А.В. Intratumoral Microbiome in Head and Neck Paragangliomas International Journal of Molecular Sciences, 25(17):9180 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25179180

3. Снежкина А.В., Калинин Д.В., Федорова М.С., Павлов В.С., Ланцова М.С., Головюк А.Л., Аюпова А.Ф., Кудрявцева А.В. Варианты в генах длинных некодирующих РНК при параганглиомах головы и шеи Journal of Bioinformatics and Genomics, № 3 (25) (год публикации - 2024)
10.60797/jbg.2024.25.3