Перспективные маркеры CIMP+ опухолей толстой кишки, выявленные на основе анализа данных ресурса TCGA

CIMP+ (CpG-­Island Methylator Phenotype) опухоли характеризуют ся плотным метилированием промоторных CpG­островков одновременно многих генов и представляют отдельную группу злокачественных новообразований толстой кишки. Несмотря на то что диагностика CIMP+ опухолей имеет значительную прогностическую ценность, до сих пор не разработано эффективного  набора маркеров для их выявления. Для определения CpG­сайтов, уро вень метилирования которых может быть использован для идентификации CIMP+ опухолей, с помощью созданного ранее прило жения CrossHub нами проведен анализ профилей экспрессии и метилирования 297 образцов первичных опухолей и 38 парных к ним «условных норм» толстой кишки, представленных в базе проекта TCGA (The Cancer Genome Atlas). Разработан скоринг, учи тывающий уровень метилирования CpG­сайтов, их расположение, а также уровень экспрессии соответствующих генов.  Определено, что ста тус метилирования CpG­сайтов, относящихся к генам AMOTL1, ZNF43, ZNF134 и CHFR, является перспективным маркером CIMP+ опухолей. Более того, идентифицированы конкретные районы про моторных областей этих генов, уровень метилирования которых ассоциирован с исследуемым фенотипом. Для валидации полученных дан ных на независимой выборке, сначала оценили относительный уровень мРНК генов AMOTL1, ZNF43, ZNF134 и CHFR в 30 парных (опухоль/«условная норма») образцах толстой кишки методом количественной ПЦР. Для всех генов выявлено частое (50–60 % случаев) и значительное (2–30 раз) снижение экспрессии. Затем методом бисульфитной конверсии ДНК с последующим кло нированием и секвенированием исследовали статус метилирования CpG­сайтов, отобранных в результате биоинформатического анализа, и обна ружили высокий уровень метилирования (β­value = 0.3–0.9) в об разцах с одновременно сниженным уровнем экспрессии всех четырех генов и низкий уровень метилирования (β­value = 0.0–0.2) в образцах с неизменным уровнем экспрессии четырех генов и в «условных нормах». Таким образом, статус метилирования CpG­сайтов промоторных областей генов AMOTL1, ZNF43, ZNF134 и CHFR является перспективным потенциальным маркером CIMP+ опухолей толстой кишки.

рак толстой кишки, CIMP+, эпигенетика, метилирование ДНК, TCGA, количественная ПЦР, молекулярные маркеры

1. Barzily-Rokni M., Friedman N., Ron-Bigger S., Isaac S., Michlin D., Eden A. Synergism between DNA methylation and macroH2A1 occupancy in epigenetic silencing of the tumor suppressor gene p16(CDKN2A). Nucleic Acids Res. 2011;39(4):1326-1335. DOI 10.1093/nar/gkq994.

2. Berg M., Hagland H.R., Soreide K. Comparison of CpG island methylator phenotype (CIMP) frequency in colon cancer using different probe- and gene-specific scoring alternatives on recommended multi-gene panels. PloS ONE. 2014;9(1):e86657. DOI 10.1371/journal.pone.0086657.

3. Cancer Genome Atlas Network. Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer. Nature. 2012;487(7407): 330-337. DOI 10.1038/nature11252.

4. Couderc C., Boin A., Fuhrmann L., Vincent-Salomon A., Mandati V., Kieffer Y., Mechta-Grigoriou F., Del Maestro L., Chavrier P., Vallerand D., Brito I., Dubois T., De Koning L., Bouvard D., Louvard D., Gautreau A., Lallemand D. AMOTL1 promotes breast cancer progression and is antagonized by Merlin. Neoplasia. 2016;18(1):1024. DOI 10.1016/j.neo.2015.11.010.

5. Derks S., Cleven A.H., Melotte V., Smits K.M., Brandes J.C., Azad N., van Criekinge W., de Bruine A.P., Herman J.G.,van Engeland M. Emerging evidence for CHFR as a cancer biomarker: from tumor biology to precision medicine. Cancer Metastasis Rev. 2014;33(1): 161-171. DOI 10.1007/s10555-013-9462-4.

6. Dmitriev A.A., Kashuba V.I., Haraldson K., Senchenko V.N., Pavlova T.V., Kudryavtseva A.V., Anedchenko E.A., Krasnov G.S., Pronina I.V., Loginov V.I., Kondratieva T.T., Kazubskaya T.P., Braga E.A., Yenamandra S.P., Ignatjev I., Ernberg I., Klein G., Lerman M.I., Zabarovsky E.R. Genetic and epigenetic analysis of nonsmall cell lung cancer with NotI-microarrays. Epigenetics. 2012; 7(5):502-513. DOI 10.4161/epi.19801.

7. Dmitriev A.A., Krasnov G.S., Rozhmina T.A., Kishlyan N.V., Zyablitsin A.V., Sadritdinova A.F., Snezhkina A.V., Fedorova M.S., Yurkevich O.Y., Muravenko O.V., Bolsheva N.L., Kudryavtseva A.V., Melnikova N.V. Glutathione S-transferases and UDP-glycosyltransferases are involved in response to aluminum stress in flax. Front. Plant Sci. 2016;7:1920. DOI 10.3389/fpls.2016.01920.

8. Dmitriev A.A., Rudenko E.E., Kudryavtseva A.V., Krasnov G.S., Gordiyuk V.V., Melnikova N.V., Stakhovsky E.O., Kononenko O.A., Pavlova L.S., Kondratieva T.T., Alekseev B.Y., Braga E.A., Senchenko V.N., Kashuba V.I. Epigenetic alterations of chromosome 3 revealed by NotI-microarrays in clear cell renal cell carcinoma. BioMed Res. Int. 2014;2014:735292. DOI 10.1155/2014/735292.

9. Hughes L.A., Melotte V., de Schrijver J., de Maat M., Smit V.T., Bovee J.V., French P.J., van den Brandt P.A., Schouten L.J., de Meyer T., van Criekinge W., Ahuja N., Herman J.G., Weijenberg M.P., van Engeland M. The CpG island methylator phenotype: what’s in a name? Cancer Res. 2013;73(19):5858-5868. DOI 10.1158/00085472.CAN-12-4306.

10. Jen J., Wang Y.C. Zinc finger proteins in cancer progression. J. Biomed. Sci. 2016;23(1):53. DOI 10.1186/s12929-016-0269-9.

11. Kashuba V., Dmitriev A.A., Krasnov G.S., Pavlova T., Ignatjev I., Gordiyuk V.V., Gerashchenko A.V., Braga E.A., Yenamandra S.P., Lerman M., Senchenko V.N., Zabarovsky E. NotI microarrays: novel epigenetic markers for early detection and prognosis of high grade serous ovarian cancer. Int. J. Mol. Sci. 2012;13(10):1335213377. DOI 10.3390/ijms131013352.

12. Krasnov G.S., Dmitriev A.A., Melnikova N.V., Zaretsky A.R., Nasedkina T.V., Zasedatelev A.S., Senchenko V.N., Kudryavtseva A.V. CrossHub: a tool for multi-way analysis of The Cancer Genome Atlas (TCGA) in the context of gene expression regulation mechanisms. Nucleic Acids Res. 2016;44(7):e62. DOI 10.1093/nar/gkv1478.

13. Krasnov G.S., Oparina N.Y., Dmitriev A.A., Kudryavtseva A.V., Anedchenko E.A., Kondrat’eva T.T., Zabarovsky E.R., Senchenko V.N. RPN1, a new reference gene for quantitative data normalization in lung and kidney cancer. Mol. Biol. 2011;45(2):211-220. DOI 10.1134/S0026893311020129.

14. Lee M.S., Menter D.G., Kopetz S. Right versus left colon cancer biology: integrating the consensus molecular subtypes. J. Natl. Compr. Canc. Netw. 2017;15(3):411-419.

15. Mani S., Herceg Z. DNA demethylating agents and epigenetic therapy of cancer. Adv. Genet. 2010;70:327-340. DOI 10.1016/B978-0-12380866-0.60012-5.

16. Melnikova N.V., Dmitriev A.A., Belenikin M.S., Koroban N.V., Speranskaya A.S., Krinitsina A.A., Krasnov G.S., Lakunina V.A., Snezh kina A.V., Sadritdinova A.F., Kishlyan N.V., Rozhmina T.A., Klimina K.M., Amosova A.V., Zelenin A.V., Muravenko O.V., Bolsheva N.L., Kudryavtseva A.V. Identification, expression analysis, and target prediction of flax genotroph microRNAs under normal and nutrient stress conditions. Front. Plant Sci. 2016;7:399. DOI 10.3389/fpls.2016.00399.

17. Rhee Y.Y., Kim K.J., Kang G.H. CpG island methylator phenotype-high colorectal cancers and their prognostic implications and relationships with the serrated neoplasia pathway. Gut Liver. 2017;11(1):3846. DOI 10.5009/gnl15535.

18. Sanbhnani S.,Yeong F.M. CHFR: a key checkpoint component implicated in a wide range of cancers. Cell. Mol. Life Sci. 2012;69(10):16691687. DOI 10.1007/s00018-011-0892-2.

19. Senchenko V.N., Kisseljova N.P., Ivanova T.A., Dmitriev A.A., Krasnov G.S., Kudryavtseva A.V., Panasenko G.V., Tsitrin E.B., Lerman M.I., Kisseljov F.L., Kashuba V.I., Zabarovsky E.R. Novel tumor suppressor candidates on chromosome 3 revealed by NotImicroarrays in cervical cancer. Epigenetics. 2013;8(4):409-420. DOI 10.4161/epi.24233.

20. Suzuki H., Yamamoto E., Maruyama R., Niinuma T., Kai M. Biological significance of the CpG island methylator phenotype. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2014;455(1-2):35-42. DOI 10.1016/j.bbrc.2014.07.007.

21. Toyota M., Ahuja N., Ohe-Toyota M., Herman J.G., Baylin S.B., Issa J.P. CpG island methylator phenotype in colorectal cancer. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999;96(15):8681-8686.

22. Zheng Y., Vertuani S., Nystrom S., Audebert S., Meijer I., Tegnebratt T., Borg J.P., Uhlen P., Majumdar A., Holmgren L. Angiomotin-like protein 1 controls endothelial polarity and junction stability during sprouting angiogenesis. Circ. Res. 2009;105(3):260-270. DOI 10.1161/CIRCRESAHA.109.195156.