Изучение статуса метилирования гена WIF1 при ВПЧ-ассоциированных доброкачественных образованиях кожи и слизистых оболочек

Авторы:
  • С. А. Масюкова
    ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств», Москва, Россия, 125080
  • В. И. Киселев
    ФГБУ «Российский научный центр рентгенорадиологии», Москва, Россия, 117997
  • Н. Н. Потекаев
    ФДПО ГБОУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России, Москва, Россия, 117997
  • М. Н. Назарова
    ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств», Москва, Россия, 125080
  • А. А. Полозников
    ФГБУ «Национальный научно-практический центр детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева», Москва, Россия, 117997
  • И. О. Бабкина
    ФГБУ «Национальный научно-практический центр детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева», Москва, Россия, 117997
  • С. Н. Ахтямов
    ГБУЗ Москвы «Московский научно-практический центр дерматовенерологии и косметологии Департамента здравоохранения Москвы», Москва, Россия, 119071
  • Э. Н. Тарасенко
    ГБУЗ Москвы «Московский научно-практический центр дерматовенерологии и косметологии Департамента здравоохранения Москвы», Москва, Россия, 119071
Журнал: Клиническая дерматология и венерология. 2017;16(4): 38-43
Просмотрено: 2362 Скачано: 769

Болезни, вызванные вирусом папилломы человека (ВПЧ), являются проблемой мирового масштаба, и, по мнению многих специалистов, негласно называются «бесшумной эпидемией» XXI века [1]. ВПЧ получает все большее распространение в мире: по данным ВОЗ, ежегодно диагностируют около 2,5—3 млн случаев [2—4]. Во многих индустриально развитых странах распространенность ВПЧ-инфекции среди населения составляет 40—80%, а вероятность персистенции ВПЧ — 80—90% [5]. На сегодняшний день медицине известно более 600 видов ВПЧ. Различные виды папилломавирусной инфекции (ПВИ) могут вызывать как доброкачественные опухоли кожи и слизистых оболочек, так и злокачественные новообразования (ЗНО) при дальнейшем развитии заболевания [5, 6]. Доброкачественные новообразования зачастую трудно поддаются лечению. Они постоянно рецидивируют в очаге первичного поражения, либо распространяются на незараженные участки кожи и слизистых даже при грамотно подобранной терапии [5]. Существенное влияние на разработку методов и способов лечения доброкачественных образований кожи и слизистых оболочек, вызванных ВПЧ, может оказать понимание эпигенетических механизмов формирования и развития болезни.

Эпигенетика — наука о наследуемых свойствах организма, которые опосредованно закодированы в геноме и не связаны с изменением собственно нуклеотидной последовательности ДНК. К значимым механизмам эпигенетики относят: метилирование ДНК, геномные перестройки, модификации гистонов, малые некодирующие РНК и т. д. [7]. К настоящему времени исследовано множество генов в опухолевых тканях, эпигенетические повреждения которых приводят к их инактивации [8—11].

Одним из важнейших механизмов эпигенетической регуляции является метилирование промоторов генов. Данный процесс сопровождается ковалентным переносом метильной группы (CH3-) с S-аденозилметионина (SAM) на остаток цитозина, стоящий перед гуанином, в последовательности CpG-динуклеотида, и катализируется ферментом ДНК-метилтрансферазой. Метилированию подвергается только одно основание ДНК — цитозин в позиции N5 пиримидинового кольца [7].

В геноме CpG-динуклеотиды находятся в виде одиночных динуклеотидов или CpG-островков. CpG-островки — это участки высокой плотности CpG. Они обнаруживаются в промоторе 60% генов и в нормальных тканях обычно не метилированы, за небольшим исключением. Присоединение метильной группы к цитозину (с образованием метилцитозина) приводит к невозможности узнавания факторами транскрипции метилированной последовательности регуляторного участка, что сопровождается значительным снижением уровня, вплоть до полного отсутствия, транскрипции гена [7, 14].

Характер метилирования, устанавливающийся в ходе эмбрионального развития, оказывает влияние на регуляцию экспрессии тканеспецифичных генов, клеточной дифференцировки, инактивации Х-хро-мосомы, репликации ДНК, регуляции структуры хроматина, канцерогенеза и старения.

На данный момент во всем мире активно изучается роль уровня метилирования гена WIF1 (WNT-inhibitory factor-1) и его экспрессии в развитии опухолевых процессов. Выявлено, что гиперметилирование в промоторной части гена WIF1 является одним из важнейших механизмов образования, малигнизации и метастазирования многих опухолей. Фактор WIF1 — это белок, который блокирует активность Wnt-сигнального пути, непосредственно связываясь с главным участником этого пути — с Wnt-лигандом. У человека Wnt-лиганды представлены 19 белками. В норме Wnt-сигнальный путь регулирует пролиферацию и дифференцировку клеток, поддержание популяции стволовых клеток, а также участвует в организации цитоскелета и клеточной подвижности. Гиперметилирование в промоторной части гена приводит к снижению уровня экспрессии гена WIF1 и дефициту фактора WIF1. Таким образом, Wnt-сигнальный путь становится неконтролируемым, что ведет к нарушению процесса клеточного деления и созревания и приводит к образованию опухоли [6—14].

Известно, что в ткани здоровой кожи Wnt-сигнальный путь активируется при повреждении кожного покрова и является необходимым для заживления ран, восстановления целостности кожи, а также для поддержания гомеостаза организма в целом. В ходе исследования экспрессии генов Wnt-лигандов в различные промежутки времени после нанесения раны было показано, что одним из первых начинает экспрессироваться Wnt4, в то время как максимум активности транскрипции генов Wnt5a и Wnt11 приходится на период ремоделирования раны [15, 16]. В экспериментах на трансгенных мышах показано, что активность канонического Wnt-сигнального пути увеличена в волосяных фолликулах, примыкающих к месту повреждения, но не в самой ране. Обработка повреждения ретровирусным вектором, содержащим ген лиганда Wnt5a, приводит даже к более эффективному образованию кожных придатков в пределах раны [15].

Цель настоящего исследования — изучение статуса метилирования гена WIF1 в тканях доброкачественных образований кожи и слизистых, вызванных вирусом папилломы человека, в сравнении со здоровой кожей. В группу исследования вошли такие образования кожи, как себорейные кератомы, актинические кератомы, вульгарные бородавки, подошвенные бородавки, акрохордоны, остороконечные кондиломы, фибропапилломы.

Материал и методы

Образцы ткани. В проспективном исследовании были проанализированы 32 образца биоптатов доброкачественных кожных опухолей, полученные в результате бритвенной биопсии у пациентов в возрасте от 16 до 67 лет. В группу исследования вошли больные с доброкачественными образованиями кожи, вызванными ВПЧ, такими как себорейные кератомы, актинические кератомы, вульгарные бородавки, подошвенные бородавки, акрохордоны, остроконечные кондиломы, фибропапилломы. Диагноз устанавливали на основании данных анамнеза, клинической картины, результатов дерматоскопии и гистологических исследований.

Основные характеристики исследуемых образцов ткани представлены в табл. 1.

Таблица 1. Характеристики исследуемых образцов

Выделение ДНК. Полученные образцы тканей были измельчены на кусочки по 2 мг, которые затем подвергались лизису с целью выделения ДНК и переводу неметилированных остатков цитозина в тимин при сохранении неизменными метилированных остатков цитозина (бисульфитной конверсии). Для достижения данной цели был использован набор innuCONVERT Bisulfite All-In-One Kit («Analytik Jena», Германия). Все действия выполнялись согласно протоколу производителя.

Проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР). 50 нг бисульфит-конвертированной ДНК отбирали для последующей «тачдаун» ПЦР-амплификации с использованием полимеразной смеси GoTaq HotStartGreenMasterMix («Promega», США) и праймеров для амплификации участков промоторов гена WIF1 от –554 до –140 нуклеотидов до старт-кодона, содержащих, помимо комплементарной последовательности, универсальную последовательность M13 на 5’-конце.

WIF1-M13F

5’-gttttcccagtcacgacGAGTGATGTTTTAGGGGTTT -3’

WIF1-M13R

5’-ggaacagctatgaccatgCCTAAATACCAAAAAACCTAC-3’

Секвенирование проводили в центре коллективного пользования ГЕНОМ на базе института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН по стандартному протоколу с использованием прямых праймеров и набора реактивов ABI PRISM BigDye Terminator v. 3.1.

Статистический анализ результатов секвенирования проводили с использованием программного обеспечения DNA Sequencing Analysis Software версии 5.1 и ресурса QUMA: quantification tool for methylation analysis. Уровень ДНК-метилирования оценивали качественно (наличие/отсутствие). Положение сайтов метилирования отмечено числами, которые соответствуют положению цитозина в паре CpG, считая от начала синтезированного участка ДНК.

Результаты

Результаты исследования образцов тканей на определение статуса метилирования приведены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты исследования статуса метилирования образцов кожных опухолей

Выводы

Как видно из представленных данных, в 32 исследуемых образцах доброкачественных образований кожи, вызванных ВПЧ, установлено гиперметилирование промотора гена WIF1. При этом количество сайтов, содержащих метилирование, находится в диапазоне от 7 до 20.

Многие исследователи высказали предположение, что гиперметилирование гена WIF1 приводит к образованию опухоли за счет снижения уровня экспрессии гена WIF1 и синтеза белка с последующей неконтролируемой активацией WNT-сигнального пути [15—19]. Данное предположение также подтверждается результатами работ, где было показано, что восстановление уровня экспрессии за счет деметилирования гена WIF1 приводит к выраженной опухолевой супрессии, уменьшению подвижности опухолевых клеток и снижению их инвазивного и метастатического потенциала [17—19].

Существует группа препаратов, способных деметилировать ген WIF1, такие как: флавоноид эпигаллокахетин-3-галлат (EGCG); индол-3-карбинол (I3C); 3,3’-дииндолилметан (DIM). Учитывая высокую вероятность влияния метилирования гена WIF1 на образование кожных опухолей, в том числе и ВПЧ-индуцированных, необходимо провести дальнейшие исследования, основанные на применении деметилирующих препаратов.

Назарова М.Н. — 0000−0002−2873−6496

Бабкина И.О. — 0000−0001−7695−5565

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы:

  1. Кладова А.Ю. Ассоциация эпителиальных опухолей кожи с вирусами папилломы человека: Дисс. … канд. мед. наук. М. 2007.
  2. Костин А.А., Старинский В.В., Самсонов Ю.В., Асратов А.Т. Анализ статистических данных злокачественных новообразований, ассоциированных с вирусом папилломы человека. Исследования практической медицины. 2016;3:1:66-78.
  3. Maxwell P, Freddie B. The burden of HPV-related cancers. Vaccine. 2006;24S3(2006): S3/11-S3/25:11-25.
  4. Stanley M. Epithelial cell responses to infection with human papillomavirus. Clin Microbiol Rev. 2012 Apr;25(2):215-222. https://doi.org/10.1128/CMR.05028-11
  5. Назарова Н.М., Прилепская В.Н., Суламанидзе Л.А., Мзарелуа Г.М., Бестаева Н.В. Папиломавирусная инфекция: распространенность, диагностика и лечение (обзор литературы). Лечащий врач. 2013. Ссылка активна на 07.03.17. https://www.lvrach.ru/2013/11/15435845/
  6. Эллис С.Д., Дженювейн Т., Рейнберг Д. Эпигенетика. М. 2010;496.
  7. Ванюшин Б.Ф. Эпигенетика сегодня и завтра. Журнал генетической селекции. 2013;17:4(2):805-832.
  8. Киселева Н.П., Киселев Ф.Л. Деметилирование ДНК и канцерогенез (обзор). Биохимия. 2005;70:7:900-911.
  9. Michael S, Michael C, Orin В, Matthew Z et al. Choroid plexus papillomas: advances in molecular biology and understanding of tumorigenesis. Neuro-Oncology. 2013;15(3):255-267. https://doi.org/10.1093/neuonc/nos289
  10. Сидорова И.С., Унанян А.Л., Киселев В.И., Залетаев Д.В. и др. Прогнозирование и профилактика онкотрансформации шейки матки с учетом метилирования генов-супрессоров опухолевого роста. Акушерство и гинекология. 2011;1:58-61.
  11. Москалев Е.А. Аномальные изменения карты метилирования геномной ДНК при хроническом В-клеточном лейкозе: Дисс. … канд. биол. наук. Воронеж. 2007;24.
  12. Ибрагимова И.И., Фаттахова А.Н. Анализ метилирования промоторного участка гена PDLIM4 при раке предстательной железы. Ученые записки Казанского государственного университета. Казань. 2008;150:2:136-143.
  13. Куликова К.В., Кибардин А.В., Гнучев Н.В., и др. Значение сигнального пути Wnt для развития меланомы. Современные технологии в медицине. 2012;3:107-112.
  14. Подистов Ю.И., Лактионов К.П., Петровичев Н.И., Брюзгин В.В. Эпителиальные дисплазии шейки матки (диагностика и лечение). М. 2006;138.
  15. Xinhong L, Roel N. Wnt-signaling in skin development, homeostasis, and disease. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013 Feb;5(2):a008029. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a008029
  16. Воротеляк Е.А. Морфогенез и его регуляция в культуре эпидермальных клеток человека: Дисс. … д-ра биол. наук. М. 2012;38.
  17. Steenbergen RDM, et al. Clinical implications of (epi)genetic changes in HPV-induced cervical precancerous lesions. Nat Rev Cancer Nature Publishing Group. 2014;14:6:395-405.
  18. Rahman I, Chung S. Dietary polyphenols, deacetylases and chromatin remodeling in inflammation. Pers Nutr Transl Nutr Res into Diet Guidel. 2010;101:84-94.
  19. Lin YC, You L, Xu Z, He B et al. Wnt inhibitory factor-1 gene transfer inhibits melanoma cell growth. Hum Gene Ther. 2007;18(4):379-386.