МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2011, том 45, № 5, с. 793-804
= ОБЗОРЫ :
УДК 577.2:616.006
ХИМЕРНЫЕ ГЕНЫ И ТРАНСКРИПТЫ В ОНКОЛОГИИ © 2011 г. Т. В. Кекеева1, 2*, Л. Э. Завалишина1, Г. А. Франк1, Д. В. Залетаев2
Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена Министерства здравоохранения и социального развития РФ, Москва, 125284 2Научно-исследовательский институт молекулярной медицины при Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации,
Москва, 119992 Поступила в редакцию 30.11.2010 г.
Принята к печати 09.02.2011 г.
Хромосомные перестройки и образующиеся в результате них химерные гены — частое событие в канцерогенезе. В настоящий момент известно более 440 химерных генов, описанных как для злокачественных, так и для доброкачественных новообразований. Химерные транскрипты, встречающиеся в норме, возникают в результате межгенного сплайсинга, или химеризма, обусловленного транскрипцией (TIC). Ответ на вопрос, какую роль играет TIC в канцерогенезе, остается пока нерешенным. Химерные белки представляют собой идеальные маркеры, специфичные для опухолевой нозологии, и одновременно потенциальные мишени терапии, так как в большинстве своем это пусковые элементы канцерогенеза. Результатом образования химерных транскриптов могут быть новые белки с новыми функциями или изменение регуляции уже существующих белков. Вновь возникшие химерные белки могут быть или пусковыми элементами канцерогенеза, или фоновыми изменениями для опухолевой клетки, либо придавать опухоли характерный фенотип. В обзоре приведены химерные гены, известные в различных областях онкологии: гематологии, опухолях мягких тканей и эпителиальных опухолях.
Ключевые слова: хромосомные перестройки, химерные гены, онкологические заболевания.
FUSION GENES AND TRANSCRIPTS IN NEOPLASIA, by T. V. Kekeeva1,2*, L. E. Zavalishina1, G. A. Frank1, D. V. Zaletaev 2 (1Herzen Moscow Oncological Research Institute, Moscow, 125284 Russia, *e-mail: kekeeva@mail.ru; 2Institute of Molecular Medicine, Sechenov Moscow Medical Academy, Moscow, 119992 Russia). Chromosomal rearrangements resulting in the formation of fusion genes are common events in carcinogenesis. There are more than 440 known fusion genes found in both malignant and benign tumors. The mechanism of transcription induced chimerism (TIC) contributes to fusion transcripts in normal human tissues. However, there is no clarity about the role of TIC in carcinogenesis. Hybrid proteins resulting from chimeric genes regarded as ideal markers which are specific for disease entities can be potential targets for the treatment due to their key roles in malignant transformation. In some tumors fusion genes may play primary role, and in the others may represent an additional mechanism during subclonal selection. The aim is to briefly review and discuss the occurrence and biologic relevance of chimeric genes in hematologic malignant diseases, sarcomas and epithelial neoplasms.
Keywords: chromosomal arrangements, fusion genes, oncological diseases.
ВВЕДЕНИЕ
Хромосомные перестройки и образующиеся в результате химерные гены — частое событие в канцерогенезе. В настоящий момент известно более 440 химерных генов, описанных как для злокачественных, так и для доброкачественных новообразований. Химерные белки представляют собой идеальные маркеры, специфичные для опухолевой нозологии, одновременно выступая
потенциальными мишенями для терапии вследствие того, что в большинстве своем это пусковые элементы канцерогенеза. В течение 25 лет считали, что химерные гены характерны для канцерогенеза только гематологических опухолей и опухолей мягких тканей. Возможность присутствия химерных генов в эпителиальных опухолях, таких как рак молочной железы, рак легкого, рак предстательной железы (РПЖ), фактически игнори-
Принятые сокращения: FISH — флуоресцентная гибридизация in situ; TIC — химеризм, обусловленный транскрипцией (transcription induced chimerism); ОМЛ — острый миелобластный лейкоз; РПЖ — рак предстательной железы; СС — синовиальная саркома.
* Эл. почта: kekeeva@online.ru
ровали. Область поиска специфичных опухолевых изменений ДНК в случае эпителиальных опухолей была сфокусирована на изучении точечных мутаций, амплификаций, делеций, потери гетерозиготности, а также метилирования в ге-нах-супрессорах опухолевого роста. В то же время изучение лейкозов, лимфом и сарком было почти полностью сосредоточено на поиске хромосомных перестроек, приводящих к образованию химерных генов. Такое неоправданное разделение в области молекулярно-генетических исследований онкологических заболеваний, в основном, связано с методологическими аспектами. В настоящее время достижения цитогенетических технологий позволяют с высокой эффективностью выявлять ранее не видимые транслокации и другие сложные аберрации хромосомных районов в большинстве тканей. Помимо этого, развитие молекулярно-генетических методов позволяет выявлять химерные транскрипты на уровне их экспрессии, т.е. не зависимо от детектирования хромосомной перестройки.
МЕТОДЫ ВЫЯВЛЕНИЯ ХИМЕРНЫХ ГЕНОВ
Химерные гены могут образоваться в результате различного рода перестроек: сбалансированных транслокаций, несбалансированных транслокаций, делеций, инверсий, инсерций, тандем-ных дупликаций, а химерные транскрипты — еще и в результате так называемого цис- и транс-транскрипционного сплайсинга.
Различные методы, используемые для выявления химерных генов, позволяют детектировать только определенные типы хромосомных аберраций. Для детекции химерных генов используются, в основном, ОТ-ПЦР и флуоресцентная гибридизация in situ (FISH). С их помощью можно определять химеры в любом материале, взятом для исследования: свежем, замороженном, фиксированном в формалине и залитом в парафин, включая тонкоигольные биопсии. Кроме того, метод FISH, в отличие от ОТ-ПЦР, позволяет проводить диагностику на фиксированных формалином парафиновых блоках, которые, как правило, представляют единственный возможный материал для исследования. Однако в каждом из этих методов есть слабое звено. С одной стороны, вследствие нестабильности РНК анализ экспрессии химерного транскрипта методом ОТ-ПЦР в парафиновых блоках становится сложной задачей, которую, однако, необходимо решать для того, чтобы идентифицировать и охарактеризовать химерный ген. С другой стороны, иногда, при неадекватной предварительной обработке материала, достаточно сложно интерпретировать результаты FISH-анализа. Вот почему в клинической диагностике крайне желательным представляется
использование обоих методов детекции химерного гена.
Еще несколько лет назад подходов к системному поиску новых химерных транскриптов не было. Так, химеры в эпителиальных опухолях обнаружили непрямыми методами, используемыми только для данных конкретных случаев. Например, химерные гены, специфичные для РПЖ, обнаружили с помощью компьютерного анализа экспрессии генов в опухолевых образцах; химеры рака легкого — методами трансфекции. В настоящее время практикуется два системных подхода к поиску химерных генов, которые разработаны практически одновременно. Первый подход, на основе цитогенетических методов, позволяет оценить изменения на хромосомном уровне (модификации методов FISH и сравнительной геномной гибридизации — SKY и M-FISH), второй подход основан на использовании новых технологий секвенирования полного генома [1—3].
ХИМЕРНЫЕ ТРАНСКРИПТЫ В НОРМЕ
Явление межгенного сплайсинга, или химе-ризма, обусловленного транскрипцией (transcription induced chimerism — TIC), описано менее 5 лет назад [4]. Выделяют два вида сплайсинга: транс-сплайсинг подразумевает слияние двух различных молекул РНК генов, находящихся на разных хромосомах и цис-сплайсинг — результат слияния РНК двух близкорасположенных генов в одну объединенную молекулу мРНК (рис. 1).
Предполагают, что в образовании химер могут участвовать более 400 генов [5, 6]. Так, в работе Акива (Akiva) [5] описано 212 вариантов химерного сплайсинга. По всей видимости, эта цифра будет стремительно увеличиваться: некоторые исследователи предполагают, что от 2 до 5% всех генов вовлечено в процесс межгенного сплайсинга.
В работе Ли (Li) и соавт. [7] описано явление транс-сплайсинга на примере химерного транскрипта JAZF1/JJAZ1 в образцах нормальной ткани эндометрия. Описанные химерные РНК и белок идентичны тем, которые образуются в результате транслокации. Результаты блот-гибридизации по Саузерну и FISH-анализа свидетельствовали об отсутствии в этих образцах соответствующей транслокации t(7;17)(p15;q21), которая приводит к появлению химерного онкогена JAZF1/JJAZ1 при стромаль-ной саркоме эндометрия. Можно предположить, что химера играет роль ростового фактора в нормальном развитии, а возникающая при патологии соответствующая транслокация вызывает необратимое изменение, приводящее к злокачественной транс -формации. С одной стороны, есть мнение, что процесс транскрипционного сплайсинга химерных РНК может способствовать сближению хромосомных районов и, таким образом, иницииро-
Ген А
Межгенный район
Ген В _л_
ДНК
И_С
п_п
Промотор
Промотор
Пре-мРНК
Зрелая мРНК
Рис. 1. Модель обусловленного транскрипцией химеризма (TIC) (по P. Akiva c соавт. [5]). Прямоугольниками схематически изображены экзоны; линиями — некодирующие участки и/или интроны.
вать хромосомные транслокации. С другой стороны, показано, что сближение хромосомных районов нельзя считать основным механизмом, запускающим перестройку. Безусловно, чтобы сделать правильные выводы, необходимо провести исследование механизмов образования различных сплайсинговых химерных транскриптов.
В качестве примера цис-сплайсинга можно привести еще один, довольно хорошо охарактеризованный, химерный транскрипт. Он состоит их двух членов семейства TNF-лигандов: TNFSF12 (17p13) и TNFSF13 (17p13), соответствующих трансмембранному и секретирующемуся белкам. Доказано, что химерный белок представляет собой биологически активный лиганд, экс-прессирующийся на поверхности T-клеток и моноцитов [8].
Ответ на в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.