Хромосомные перестройки с образованием химерных генов изначально были описаны в гематологических опухолях, позднее - в саркомах и лишь недавно были обнаружены в эпителиальных опухолях. В соответствии с этими данными существовало мнение о том, что молекулярные механизмы канцерогенеза мезенхимальных опухолей фундаментально отличаются от механизмов канцерогенеза эпителиальных. Ситуация изменилась в 2005 году, когда было показано, что самым высокочувствительным и высокоспецифичным изменением рака предстательной железы (РПЖ) являются химерные гены TMPRSS2/ERG, обнаруживаемые в предстательной железе с частотой до 79%. Вскоре начались интенсивные поиски химерных генов в других эпителиальных опухолях, которые уже привели к положительному результату для рака легкого (РЛ) и рака молочной железы (РМЖ) (табл. 3). Интересно, что и для РПЖ, и рака щитовидной железы, и РЛ, механизмами возникновения химерных генов являются не транслокации, а делеции или инверсии внутри хромосомы, что, возможно, объясняет причину, почему эти химерные гены не были обнаружены ранее цитогенетическими методами.
Первыми химерными генами, описанными в карциноме, были перестройки протоонкогена RET в папиллярном раке щитовидной железы. RET расположен в локусе 10q11 и вовлекается в перестройки с несколькими партнерами, наиболее часто с генами CCDC6 и NCOA4, также расположенными в районе 10q. Таким образом, оба химерных гена ССDC6/RET (ранее известного как RET/PTC1) и NCOA4/RET (RET/PTC3) образованы в результате парацентрической хромосомной инверсии. Описано более 10 редких химерных перестроек с частотой встречаемости менее 1%, но все они имеют схожую структуру и функцию: второй ген способствует димеризации доменов, что обеспечивает постоянную активность киназного домена RET. В среднемоколо 35% ПРЩЖ имеют перестройки RET.
Фолликулярный рак щитовидной железы характеризуется хромосомной транслокацией t(2;3)(q13;p25), которая приводит к слиянию гена тиреоидспецифического транскрипционного фактора PAX8 с ядерным рецептором PPARG1. Химерный ген PAX8/ PPARG1 кодирует химерный транскрипционный фактор, предполагаемый механизм действия которого заключается в отрицательной регуляции PPARG1 дикого типа. В зависимости от способов детекции, по разным источникам, частота встречаемости PAX8/ PPARG1 варьирует от 10 до 60%.
Особенностью канцерогенеза РПЖ является гиперэкспрессия факторов транскрипции семейства ETS вследствие хромосомных перестроек del(21)(q22.2;q22.3), t(7;21)(р21;q22) и t(17;21)(q21;q22). Наиболее частый химерный ген (до 78%) образуется в результате слияния гена TMPRSS2 (21q22) с расположенным рядом геном ERG4 (рис. 8). Варианты химерных генов TMPRSS2/ETV1 и TMPRSS2/ETV4 встречаются намного реже и их частота не превышает 2%. Экспрессия трансмембранной сериновой протеиназы TMPRSS2 является простатспецифической и андрогензависимой. Таким образом, активация факторов транскрипции ETS осуществляется при помощи андрогенчувствительных промоторных и энхансерных элементов. Этот химерный транскрипт хорошо охарактеризован и является самым частым из известных для эпителиальной опухоли. Химерный транскрипт TMPRSS2/ERG4 ассоциирован с инвазией в семенные пузырьки, ранним рецидивом, агрессивным течением и метастазированием РПЖ.
Плеоморфная аденома - доброкачественная бифазная опухоль с признаками эпителиальной и мезенхимальной дифференцировки. Приблизительно 40% плеоморфных аденом имеют перестройки локуса 8q21 с вовлечением траснкрипционного фактора, содержащего мотив цинковых пальцев, PLAG1. Чаще всего ген PLAG1 вовлекается в транслокацию t(3;8)(p21;q12), в результате которой происходит его слияние с геном бета-катенина CTNNB1. Описаны также более редкие варианты. Конечным результатом перестройки является гиперэкспрессия PLAG1. Однако избыточная экспрессия белка PLAG1 наблюдается более чем в 75% плеоморфных аденом, что предполагает существование альтернативных механизмов гиперэкспрессии, помимо перестроек 8q21.
Интересным примером эпителиальной опухоли со специфической транслокацией является срединная карцинома. Это высоко агрессивная карцинома, располагающаяся преимущественно вдоль средней линии головы и шеи и встречающаяся в молодом возрасте. Хромосомные транслокации t(15;19)(q13;p13) и t(9;15)(q34;q13) приводят к формированию химерных генов BRD4/NUT и BRD3/NUT соответственно. BRD4 кодирует ядерный белок, связывающийся с хроматином, который, как предполагают, участвует в сохранении клеточной памяти во время митоза. NUT кодирует ядерный белок с неизвестной функцией, экспрессируется преимущественно в яичках. С момента обнаружения данной транслокации в 2001 году и выделения соответствующей отдельной нозологии на основании этого критерия было показано, что срединная карцинома NUT распространена шире, чем полагали ранее, и встречается также в старших возрастных группах.
Несколько лет назад в отдельную нозологию выделили почечно-клеточную карциному, для которой характерно наличие перестроек локуса Хр11.2. Эта опухоль поражает преимущественно детей и подростков. В перестройку Хр11.2 вовлечен транскрипционный фактор семейства MITF/TFE ген TFE3, результатом химеризации последнего является его гиперэкспрессия. Среди пяти описанных химерных генов, самыми частыми являются ASPL/TFE3 и PRCC/TFE3. Интересно, что химерный ген ASPL/TFE3 также характерен для альвеолярной мягкотканой саркомы, которая имеет схожие цитологические характеристики с ASPL/TFE3- положительной почечно-клеточной карциномой.
В 2007 году исследования НМРЛ привели к открытию нового химерного гена EML4/ALK, встречающегося при раке легкого с частотой до 7%. Химерный ген образуется в результате небольшой инверсии короткого плеча хромосомы 2р. Описаны также два альтернативных партнера ALK: TFG и KIF5B. Следует отметить, что химерных генов, вовлекающих ALK, характерных для гематологических опухолей, таких как NPM/ALK, TPM3/ALK, CLTC/ALK, при раке легкого не обнаружено. В результате перестройки происходит конституционная активация тирозинкиназы. Последние достижения в области таргетной терапии позволяют надеяться на эффективность возможных ингибиторов ALK-киназы в соответствующей группе пациентов.
Заключение.
Мы привели ряд примеров, свидетельствующих о разнообразии генов, участвующих в создании химер. Вновь возникшие химерные белки могут быть пусковыми элементами канцерогенеза или придавать опухоли характерный фенотип, или быть фоновыми изменениями для опухолевой клетки. Стремительное развитие современных технологий, приведшее к идентификации большого количества новых химерных генов, ставит перед исследователями новые вопросы: какую из вышеперечисленных ролей играют эти химерные транскрипты в этиологии соответствующего злокачественного новообразования и являются ли химерные гены конститутивной формой соответствующих химерных транскриптов в норме. Хотя некоторые химерные онкогены уже эффективно используются в диагностике опухолей, очевидно, что большинство идентифицированных и еще не идентифицированных перестроек потребуют интенсивного изучения специалистов в различных областях онкологии.
С момента открытия химерного гена TMPRSS2/ERG при РПЖ, когда существовало мнение, что химеры не характерны для эпителиальных опухолей, прошло всего несколько лет. И сейчас исследователи столкнулись с тем, что не знают, как интерпретировать и классифицировать то огромное количество новых химерных генов, информация о которых поступает практически каждый день. Надеемся, что их открытие поможет поднять на новый уровень диагностические и терапевтические возможности клинической онкологии.
Литература
1. Alava E. and Gerald W. Molecular Biology of the Ewing’s Sarcoma/Primitive Neuroectodermal Tumor Family // J Clin Oncol. 2000. V. 18, p. 204-213.
2. Antonescu C. The role of genetic testing in soft tissue sarcoma // Histopathology. 2006, Vol. 48, p. 13–21.
3. Antonescu C., Elahi A., Healey J. et al. Monoclonality of Multifocal Myxoid Liposarcoma: Confirmation by Analysis of TLS-CHOP or EWS-CHOP Rearrangements // Clin Cancer Res. 2000. Vol. 6, p. 2788–2793.
4. Edwards P. Fusion genes and chromosome translocations in the common epithelial cancers //J Pathol. 2010. Vol. 220, p. 244-54.
5. Fears S., Mathieu C., Zeleznik-Le N. et al. Intergenic splicing of MDS1 and EVI1 occurs in normal tissues as well as in myeloid leukemia and produces a new member of the PR domain family // Proc Natl Acad Sci USA 1996. Vol. 93, p. 1642-1647.
6. Fisher C. Synovial sarcoma: ultrastructural and immunohistochemical features of epithelial differentiation in monophasic and biphasic tumors // Hum Pathol. 1986. Vol. 17, p. 996-1008.
7. Heim S. and Mitelman F. Molecular screening for new fusion genes in cancer // Nature genet. 2008. Vol. 40, p. 685-686.
8. Jevremovic D. and Viswanatha D. Molecular Diagnosis of Hematopoietic and Lymphoid Neoplasms // Hematol Oncol Clin N Am. 2009. Vol. 23, p. 903–933.
9. Kaye F. Mutation-associated fusion cancer genes in solid tumors // Mol Cancer Ther. 2009. Vol. 8, p.1399-1408.
10. Ladanyi M., Antonescu C., Leung D. et al. Impact of SYT-SSX fusion type on the clinical behavior of synovial sarcoma: a multi-institutional retrospective study of 243 patients // Cancer Res. 2002. Vol. 62, p. 135-140.
11. Lewis T., Coffin S. and Bernard B. Differentiating Ewing’s sarcoma from other round blue cell tumors using a RT-PCR translocation panel on formalin-fixed paraffin-embedded tissues // Modern Pathology. 2007. Vol. 20, p.397–404.
12. Macdonald T., Rood B., Santi M. et al. Advances in the diagnosis, molecular genetics and treatment of pediatric embryonal CNS tumors // The oncologist. 2003. Vol. 8, p. 174-186.
13. Narsing S., Jelsovsky Z., Mbah A. and Blanck G. Genes that contribute to cancer fusion genes are large and evolutionarily conserved // Cancer Genet Cytogenet. 2009. Vol. 191, p. 78-84.
14. Newman S. and Edwards P. High-throughput analysis of chromosome translocations and other genome rearrangements in epithelial cancers // Genome Med. 2010. Vol. 2, p. 19.
15. Perez-Losada J., Sanchez-Martin M., Rodriguez-Garcia M. Liposarcoma initiated by FUS/TLS-CHOP: the FUS/TLS domain plays a critical role in the pathogenesis of liposarcoma // Oncogene. 2000. Vol. 19, p. 6015-6022.
16. Pradet-Balade B., Medema J., Lopez-Fraga M. et al. An endogenous hybrid mRNA encodes TWE-PRIL, a functional cell surface TWEAK-APRIL fusion protein // EMBO J. 2002. Vol. 21, p. 5711-5720.
17. Santos N., Bruijn D. and Kessel G. Molecular Mechanisms Underlying Human Synovial Sarcoma Development // Genes Chromosomes Cancer. 2001. Vol. 30, p. 1–14.
18. Slater O. and Shipley J. Clinical relevance of molecular genetics to paediatric sarcomas // J. Clin. Pathol. 2007. Vol. 60, p. 1187-1194.
19. Thomas M., Greil J., Heidenreich O. Targeting leukemic fusion proteins with small interfering RNAs: recent advances and therapeutic potentials // Acta Pharmacol Sin. 2006. Vol. 27, p. 273-81.
20. Tolvanen M., Ojala P., Toronen P. et al. Interspliced transcription chimeras: Neglected pathological mechanism infiltrating gene accession queries? // J Biomed Inform. 2009. Vol. 42, p. 382-389.
21. WHO classification of tumours of haematopoietic and lymphoid tissues. Ed by Swerdlow S., Campo E., Harris N. et al. International agency for research on cancer. Lyon, 2008.
22. Zhang H., Oliveira A. Fusion genes in epithelial neoplasia // J Clin Pathol. 2010. Vol. 63, p. 4-11.