Рыжова М.В.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Шишкина Л.В.

ФГБНУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко», Москва, Россия

Сравнительная характеристика молекулярно-генетических аберраций в медуллобластомах

Журнал: Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2012;76(6): 66-72

Просмотров : 88

Загрузок : 3

Как цитировать

Рыжова М. В., Шишкина Л. В. Сравнительная характеристика молекулярно-генетических аберраций в медуллобластомах. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2012;76(6):66-72.

Авторы:

Рыжова М.В.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Все авторы (2)

Медуллобластома — злокачественная, инвазивная эмбриональная опухоль мозжечка с преимущественной манифестацией в детском возрасте, нейрональной дифференцировкой и тенденцией к метастазированию по ликворным путям [57].

Изучение генетических нарушений в медуллобластомах, понимание путей патогенеза позволят выявить новые прогностические маркеры и оптимизировать лечение больных с медуллобластомами.

На сегодняшний день предложены две основных теории возникновения медуллобластом: опухоли могут развиваться из нейрональных клеток-предшественниц наружного зернистого слоя мозжечка [7], из плюрипотентных стволовых клеток субэпендимарного матрикса, способных дифференцироваться в нейрональные и глиальные клетки [10]. Также опухоли могут происходить из обоих источников: из наружного зернистого слоя образуется десмопластический вариант, клетки которого (особенно клетки бледных островков) иммунопозитивны для играющего важную роль в развитии и дифференцировке нейрональных клеток-предшественниц neurotrophin receptor p75NTR [14], и небольшая часть классических опухолей, позитивных для ОТХ2 [1, 11, 20], а клетки вентрикулярного матрикса дают начало классическому типу медуллобластом [43].

Генетические аберрации

Медуллобластомы в большинстве случаев демонстрируют стабильность генотипа [65] и являются диплоидными опухолями [125]; сравнение с нормальной тканью мозга выявило, что лишь небольшое количество генов активированы приблизительно у 30% опухолей [12].

Использование сравнительной геномной гибридизации (CGH) позволило выявить количественные изменения на хромосомах: амплификации хромосом 5p15.1-p15.3, добавки хромосом 1q, 2р, 4р, 7, 9, 17q, 18, 19 и потери хромосом 1, 2, 8р, 10q, 11q,16q, 17p, 19 и 20p и мелкие хромосомные делеции на 1q23.3-q24.2, 2q13.12-q13.2, 6q25-qter, 8p23.1, 10q25.1, 12q13.12-q13.2 [47, 69—71, 79, 98, 100, 115].

Благодаря CGH удалось доказать, что медуллобластома и супратенториальная примитивная нейроэктодермальная опухоль имеют различную биологическую природу [8, 23, 48], и основным отличием является отсутствие в PNET изохромосомы i17q и гиперметилирования генов-супрессоров на локусе 17р11.2 [34, 40, 52, 72, 89, 104].

Изохромосома i17q

Выявлено, что наиболее частой аберрацией, встречающейся в 30—40% медуллобластом, является изохромосома i17q, описанная также при некоторых гематологических заболеваниях, таких как хронический миелоцитарный лейкоз и острый лимфобластный лейкоз [1, 15, 28, 33, 60, 73, 79, 83, 85, 88, 108, 117, 120]. В некоторых случаях добавка 17q может появляться в рецидивных медуллобластомах, подтверждая важную роль изохромосомы 17q в прогрессии медуллобластом [87]. Изохромосома 17q образуется в результате несбалансированной транслокации, затрагивающей две копии хромосомы 17, и состоит из хромосомы с двумя центромерами, двух копий короткого плеча и двух копий длинного плеча, расположенных центромерно и слитых воедино [48, 87]. Методом флюоресцентной гибридизации in situ (FISH) можно выявить потерю короткого плеча 17p и добавку длинного плеча 17q. Потеря 17р может происходить как через образование изохромосомы 17q, так и путем терминальных делеций, несбалансированных транслокаций и гомологичной рекомбинации [3].

Сейчас принято считать, что изохромосома 17q является одним из основных событий в патогенезе медуллобластомы [28, 40, 51, 77], имеет неблагоприятное прогностическое значение [120], а потеря гетерозиготности 17р коррелирует с плохим ответом на лечение [3].

Амплификации онкогенов

В 5—10% медуллобластом происходит амплификация гена MYC (локус 8q24) или MYCN (локус 2р24.21). Медуллобластомы, несущие амплификацию гена MYC или MYCN, часто являются анапластическими/крупноклеточными, имеют М3 статус на момент диагноза и неблагоприятный прогноз [1, 2, 24, 28, 33, 42, 43, 62, 88, 92]. Повышение уровня экспрессии протеинов в отсутствие амплификации гена MYC свидетельствует о различных механизмах его активации, которые, помимо амплификации, включают транслокации и соматические мутации [13]; также вероятным механизмом повышенной экспрессии гена MYC может быть транскрипциональная активация β-catenin независимого пути [107]. Повышенный уровень экспрессии гена MYC в клетках медуллобластом может быть сигналом их недифференцированного состояния, но более вероятно, что этот процесс связан с повреждением транскрипциональной регуляции гена, что может приводить к повышению пролиферации и понижению дифференцировки клеток-предшественниц. Возможно, это является механизмом образования опухоли из дифференцированных клеток, что увеличивает популяцию клеток с добавочными генетическими повреждениями и дает начало новым опухолевым клеткам [46].

Ген MYCN подобно MYC играет определенную роль в развитии анаплазии, но также является и мишенью для Sonic Hedgehog SHH пути в развитии как нормального мозжечка, так и десмопластической/нодулярной медуллобластомы [109].

Хромосома 6

Количественные изменения в хромосоме 6 имеют двоякое прогностическое значение: с одной стороны, добавка или трисомия хромосомы 6 являются маркерами неблагоприятного прогноза, в то время как моносомия 6 или делеция 6q встречаются у больных с медуллобластомами, пятилетняя выживаемость которых составляет 100%. Потеря хромосомы 6, чаще встречающаяся у девочек с классической медуллобластомой, является, наряду с ядерным накоплением β-catenin и мутацией CTNNB1, одним из трех механизмов активации Wnt/Wingless сигнального пути [16, 25, 28, 29, 37, 88].

Маркеры неблагоприятного прогноза

С неблагоприятным прогнозом часто коррелируют гены, контролирующие клеточную пролиферацию, метаболизм и детерминированную гибель клеток. Например, survivin и его изоформы survivin-2B и survivin-deltaEx3, повышенный уровень экспрессии которых наблюдается в крупноклеточных медуллобластомах и коррелирует с прогрессией заболевания и плохим прогнозом [32, 43, 66, 82].

Гены STK15 (serine/threonine kinase 15) и CDK6 (cyclin-dependent kinase 6), участвующие в процессе контроля клеточного цикла и митотического деления, являются маркерами неблагоприятного прогноза [74, 78].

Потеря хромосомы 10 также относится к факторам неблагоприятного прогноза из-за большого количества генов-супрессоров (PTEN/MMAC1, MXI1, LGI1, BTRC, SUFU и DMBT1), локализованных на обоих плечах хромосомы, мутации некоторых из этих генов говорят о предрасположенности к возникновению медуллобластом [105, 111]. Гены-супрессоры, вовлеченные в патогенез медуллобластом, также локализуются в других регионах, например на 8p22-23.1 [126].

Выключение генов-супрессоров может происходить не только путем делеции или мутации, но и при помощи эпигенетических событий, например метилирования этих генов [34, 35, 76], что может стать основой для новых диагностических и терапевтических подходов с использованием таких деметилирующих агентов, как 5-AzaCdR и/или гистоновых ингибиторов деацетилазы, как Trichostatin A [67, 68, 90, 121].

Генная экспрессия

Изучение биологии медуллобластом позволило приблизиться к пониманию патогенеза и выявить экспрессию различных генов, вовлеченных в развитие опухоли. Оказалось, что в патогенезе медуллобластом ведущую роль играют те же сигнальные пути, которые в норме регулируют развитие ткани мозжечка: Sonic Hedgehog SHH и Wnt/Wingless [64, 84, 101, 102].

SHH сигнальный путь является ключевым регулятором эмбриогенеза, контролируя пролиферацию и детерминированную гибель клеток. Основными рецепторами для SHH сигнального пути являются Patched (PTCH), Smoothened (SMOH), suppressor of fused (SUFU) и the glioma-associated oncogen homolog (GLI), основными генами-мишенями которого служат cyclin D2 и MYCN [5, 6, 21, 55, 80, 81, 114, 127]. Наследственные мутации PTCH более чем в 50% случаев приводят к возникновению синдрома Горлина, включающего увеличение размеров тела, гипертелоризм, выстояние лобной области и добавочные мальформации, такие как уплощение спинки носа, расщепление ребер, полидактилия и задержка в развитии. Вышеперечисленные симптомы наблюдаются с рождения, позднее могут развиться невоидная базально-клеточная карцинома, медуллобластома или менингиома. У людей с наследственными и спорадическими мутациями SUFU возникает медуллобластома [111].

Другим, не менее важным для развития ЦНС сигнальным путем, является Wnt/Wingless путь — крупное семейство сигнальных молекул, регулирующих клеточную гибель, дифференцировку, пролиферацию и, при аберрантном регулировании, формирование опухолей. Основными рецепторами Wnt пути являются β-catenin (CTNNB1) и в меньшей степени АРС.

Мутации β-catenin описаны в большинстве опухолей, включая опухоль Вильмса, колоректальные, гепатоцеллюлярные и эндометриоидные карциномы, гепатобластомы и анапластические карциномы щитовидной железы, а также возникают в 15% спорадических медуллобластом. Эти мутации являются причиной аберрантного регулирования Wnt сигнального пути через блокирование деградации β-catenin. Активность Wnt сигнального пути напрямую связана с количеством свободного цитоплазматического β-catenin. В здоровых клетках отсутствие Wnt удерживает низкий уровень β-catenin и оставляет этот сигнальный каскад в молчании. β-catenin — протеин с двойной функцией: находясь в цитоплазме клетки, он регулирует клеточную адгезию через E-cadherin; при активации Wnt/Wingless пути β-catenin переходит из цитоплазмы в ядро клетки, где связывается с транскрипционными факторами TCF/lef семейства, инициируя копирование таких генов, как MYC и cyclin D1. Количество цитоплазматического β-catenin контролируется его антагонистами AXIN1 и AXIN2 (conductin), которые взаимодействуют с АРС и glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β). Также AXIN1 может функционировать как ген-супрессор в медуллобластомах, где часто происходит его делеция [19]. В результате взаимодействия β-catenin и TCF образуется мультипротеиновый комплекс, запускающий фосфорилирование NH2-терминали β-catenin, что в свою очередь способствует деградации β-catenin в системе протеасом. Мутантный β-catenin приобретает устойчивость к разрушению убиквитином или протеасомами, что приводит к переходу β-catenin из цитоплазмы в ядро [58].

Недавно M. Gessi и соавт. [36] была описана точечная мутация β-catenin в эмбриональной опухоли с обилием нейропиля и истинными розетками ETANTR. Эта мутация поражает кодон 34 и возникает в результате замещения глицина на валин, что не исключает возможности существования других типов повреждения Wnt сигнального пути, например, крупной делеции гена β-catenin.

Мутации гена АРС приводят к возникновению наследственного семейного аденоматозного полипоза, носители которых предрасположены к развитию колоректального рака и медуллобластомы (синдром Туркотта) [1, 7, 16, 17, 25, 26, 29, 41, 43, 49, 50, 93, 110, 123].

Возможно, что два этих сигнальных каскада пересекаются между собой, и взаимодействие SHH и Wnt может играть важную роль в патогенезе медуллобластомы и, вероятно, откроет новые подходы к эффективному лечению с использованием комбинации ингибиторов этих сигнальных путей [38, 93].

Медуллобластома может возникать и при других наследственных синдромах, таких как синдром Li—Fraumeni [99], при котором происходит мутация гена супрессора р53 в соматических клетках [116], а также при таких редких синдромах, как Bloom's syndrome, Nijmegen breakage syndrome, Optiz trigonocephaly Type C syndrome, Coffin—Siris syndrome [112].

Исследования в области генной экспрессии позволили ряду авторов [4, 23, 27, 28, 59, 61, 75, 80, 81, 86, 87, 94, 97, 113] предложить новую классификацию медуллобластом, включающую четыре или пять основных групп (см. таблицу).

Из этой классификации следует, что медуллобластома представляет собой гетерогенную группу опухолей, которые имеют свои характерные молекулярно-генетические, клинические и прогностические особенности в разных возрастных группах.

Моделирование медуллобластомы у животных

Работы в области молекулярной генетики медуллобластом позволяют выделять и культивировать клеточные линии, изучать на экспериментальных опухолевых моделях у мышей механизмы патогенеза, опухолевой прогрессии и устойчивости к терапевтическим агентам, тестировать новые лекарственные препараты для таргетной терапии [18, 53, 94, 96, 118, 119, 124]. На анимальных моделях был детально изучен путь Sonic Hedgehog (SHH) и установлена причинно-следственная связь между инактивацией гена PTC1 и развитием медуллобластомы у мышей. Инактивация гена РТС1 у гомозиготных мышей является причиной смерти в процессе эмбриогенеза из-за незаращения нейральной трубки [116], и только у 14% мышей с гетерозиготной потерей PTC1 развивается медуллобластома, показывая, что так называемый «второй удар» в геноме необходим для развития опухоли [38]. Но медуллобластомы у мышей могут развиваться и при отсутствии мутации гена РТС, как и при отсутствии мутации другого гена-мишени для SHH GLI1, т.е. существуют добавочные механизмы для активации SHH сигнального пути. Также в генезе медуллобластом на животных моделях может иметь значение и хроническое повреждение ДНК при отсутствии репарации ДНК, связанной с повреждением фермента ДНК лигазы IV [63]. Но, к сожалению, результаты, полученные при изучении экспериментальных опухолевых моделей у животных, не всегда уместны для медуллобластомы у человека [122].

На смоделированной у мышей медуллобластоме с активацией SHH сигнального пути через активацию Smoothened (ND2:SmoA1 мыши) также было выявлено, что активации SHH сигнального пути вполне достаточно для активации Notch сигнального пути с его таргетными генами NOTCH2 и HES5, а эффекты воздействия ингибитора Notch сигнального пути γ secretase на мышей с медуллобластомой с клеточной линией D283 заключались в понижении пролиферации и повышении апоптоза, а также в истощении CD133-иммунопозитивной клеточной фракции, другими словами, стволово-подобные клетки головного мозга могут быть чувствительны к ингибитору Notch сигнального пути γ secretase [31, 44].

Стволовые клетки

Термин «стволовая клетка» был предложен для описания клеток, обладающих способностью продуцировать большое количество дочерних клеток после некоторого воздействия, приводящего к гибели клеток в результате повреждений хромосом или апоптоза. Стволовые клетки обладают способностью к самовозобновлению, мультипотентны и могут образовывать нейросферы в культуре, и, если речь идет о стволовых (или стволово-подобных) опухолевых клетках, то способны образовывать опухоли и отвечать на ингибиторы нейрональных стволовых клеток, такие как bone morphogenetic proteins (BMPs) [91].

В головном мозге взрослого человека имеются скопления стволовых клеток в субвентрикулярной зоне и в субзернистом слое зубчатой извилины гиппокампа [93]. Стволовые клетки в ассоциации с поддерживающими клетками создают специальное микроокружение, так называемые «ниши», которые определяют поведение и свойства стволовых клеток. Ниши стволовых клеток различаются по клеточному составу, структуре и локализации в различных тканях. Например, во взрослом костном мозге гемопоэтические стволовые клетки локализуются в трабекулах (остеобластическая ниша), а в головном мозге — в сосудистой нише, где эндотелиальные клетки регулируют возобновление стволовых клеток [45].

Некоторые исследователи показали, что сигнальные каскадные пути Notch, SHH и Wnt, вовлеченные в патогенез медуллобластом, также активны и в нишах стволовых клеток [22, 30, 45]. Это может говорить о том, что, возможно, медуллобластомы возникают из стволовых клеток или клеток-предшественниц. Также в пользу такого происхождения медуллобластом свидетельствует, что, во-первых, клетки медуллобластом сходны со стволовыми клетками микроскопически и по профилю экспрессии протеинов и РНК; во-вторых, в некоторых экспериментальных опухолевых моделях у мышей медуллобластомы, вероятнее всего, образуются из наружного зернистого слоя мозжечка; в-третьих, мультипотентные клетки со свойствами стволовых опухолеподобных клеток могут быть выделены из медуллобластом и способны образовывать нейросферы в культуре; в четвертых, нейрональные клетки-предшественницы могут формировать медуллобластомо-подобные повреждения, когда они трансформируются онкогенами, и хотя ни один из этих фактов не доказывает происхождение медуллобластомы из стволовых клеток, эти факты показывают, что это вполне возможно [22].

Популяция стволовых опухолевых клеток, с одной стороны, делает опухолевые клетки более устойчивыми к лучевой и химиотерапии, а с другой — нейрональные стволовые клетки могут использоваться в качестве клеточной системы доставки лекарственных препаратов непосредственно в опухолевую ткань благодаря специфическим хемоаттрактантам (лигандам в медуллобластомах и рецепторам в нейрональных стволовых клетках) [56, 106]. Сами стволовые опухолевые клетки могут явиться мишенью для таргетной терапии: ингибитор SHH cyclopamine истощает пул стволовых опухолевых клеток, ингибитор Notch γ-secretase обладает способностью останавливать клеточный цикл, a микроокружение стволовых опухолевых клеток может стать еще одной мишенью для терапии [45].

В большинстве случаев стволовые опухолевые клетки, полученные от разных пациентов, обладают различными свойствами, что может стать основой для развития индивидуальных терапевтических подходов [91].

Заключение

Использование знаний о молекулярных особенностях медуллобластом в клинической практике через оптимизацию протоколов лечения и разработку новых подходов к терапии на сегодняшний день является реально осуществимой задачей.

В настоящий момент проводятся крупные международные мультицентровые исследования в области исследования опухолей у детей, и большое место среди них занимают исследования, касающиеся изучения медуллобластом; все более тесным и продуктивным становится сотрудничество лабораторий и клиник, что в будущем приведет к эре молекулярной таргетной терапии [39], когда лечение медуллобластом будет основываться на применении моноклональных антител к специфическим опухолевым антигенам, иРНК, мелких молекулярных соединений, регулирующих те или иные пути и каскады [54, 95].

Основываясь на современных данных о генетических аберрациях в медуллобластомах, D. Ellison [28] в 2010 г. предложил потенциальную схему для лечения медуллобластом у детей, основанную не только на группах клинического риска, учитывающих размер остаточной части опухоли и метастатический статус на момент диагноза, но включающую также и молекулярный вариант опухоли.

Имеющиеся на сегодняшний момент в литературе данные показывают, что для лечения медуллобластом классического типа группы Wnt с ядерным накоплением β-catenin и делецией хромосомы 6q целесообразно применять протокол низкого риска. Для лечения медуллобластом группы SHH, характеризующихся десмопластическим гистологическим вариантом, потерей хромосомы 9q и возникающей приблизительно в 5% случаев амплификацией гена MYCN, должен использоваться протокол стандартного риска с возможным применением таргетной терапии ингибиторами SHH пути АТО [9] и GDC-0449. Хотя описаны механизмы устойчивости опухоли к патогенетически обоснованной терапии, когда при первоначальном ответе на лечение впоследствии медуллобластома вновь прогрессирует. С осторожностью следует применять эти препараты у детей младшего возраста из-за их воздействия на хрящевую и костную ткань [103]. Для лечения медуллобластомы группы D с классическим или анапластическим гистологическим типом, изохромосомой 17q и редкой амплификацией гена MYCN следует использовать протокол стандартного риска; для лечения медуллобластом наиболее прогностически неблагоприятной группы С с ее отличительной особенностью — амплификацией гена MYC должен использоваться протокол высокого риска.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail