тест brca что это такое
Дело о BRCA-мутациях: выводим преступников на чистую воду
Дело о BRCA-мутациях: выводим преступников на чистую воду
Мутации в генах BRCA 1 и 2 чаще всего являются причиной наследственного рака молочной железы
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Ассоциация мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 с наследственным раком молочной железы доказана уже давно. Но почему же мутации именно в этих генах возникают наиболее часто, а первичные метастазы чаще всего появляются в тканях молочной железы? На эти вопросы однозначного ответа нет. Давайте попытаемся пролить свет на эти загадки.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Враг нашего времени
С начала XX века медицина, тесно подружившись с наукой и технологиями, стремительно вырвалась вперед: побеждены многие инфекционные заболевания, колоссально сократилась детская смертность, трансплантация становится доступной все в большем количестве клиник, а нанотехнологии стоят на службе у фармацевтики. Так чего же бояться современному человеку, когда, казалось бы, разработаны средства от всех болезней? К сожалению, пока это не так — против многих групп заболеваний современная медицина пока бессильна. Среди них, согласно данным Всемирной организации здравоохранения, лидируют онкологические заболевания, постепенно приближаясь по частоте смертности к сердечно-сосудистым и инфекционным. Сложность борьбы со злокачественными новообразованиями заключается в том, что при поздней диагностике возможность помочь пациенту существенно сокращается [1], [2]. Согласно статистике, средний возраст диагностики онкологических заболеваний среди россиян составляет 64,5 года. Поэтому людям пожилого возраста важно проходить своевременную комплексную диагностику, помогающую выявить рак на ранних стадиях. Особой группой в структуре онкологических заболевания стоят наследственные типы рака [29]. В этом случае, развитие заболевания может начаться намного раньше (
Рисунок 1. Комплекс белков BRCA1 и BRCA2 с RAD51. Схематическое изображение образования комплекса белков для репарации разрыва в нити ДНК.
Зато BRCA1 в большей степени участвует в запуске транскрипционного ответа клетки на повреждение ДНК [8], [12]. Делает он это с помощью прямого или опосредованного взаимодействий с факторами транскрипции, которые будят РНК-полимеразу II [13]. А уж если она проснулась — синтез белков пойдет по полной, так как эта полимераза отвечает за активность транскрипции (рис. 2).
Наконец, гены BRCA нужны для регуляции клеточного цикла. Если в клетке произошел разрыв цепочки ДНК, то этой клетке срочно нужно тормозить деление, чтобы не допустить распространение дефектной ДНК. Притормозить клетка может в определенных точках цикла (чек-поинтах) (рис. 2). Таким образом, найдя у себя фосфорилированный (а, следовательно, активно работающий) белок BRCA1, клетка дожидается починки ДНК в точке G2/M и уходит в митоз только после завершения починки [9].
Рисунок 2. BRCA 1 и 2 как регуляторы репарации и клеточного цикла. Белковые продукты генов BRCA 1 и 2 участвуют в важнейших клеточных процессах, связываясь с различными кофакторами.
Получается, что BRCA 1 и 2 являются ключевыми молекулами в репарации, а их поломки способствуют нестабильности генома и приводят к развитию онкопатологии [14]. Тем не менее мутации генов BRCA 1 и 2 — не единственные фигуранты в нашем деле.
В 30% случаев наследственного РМЖ мутации выявляются в других генах, однако в большинстве своем продукты этих генов также участвуют в репарации ДНК, а потому механизм патогенеза будет похож на тот, что наблюдается у носителей BRCA-мутаций [15], [16]. Более того, такие мутации также способствуют формированию фенотипа, клинически похожего на тот, что развивается при носительстве BRCA-мутаций. Такой фенотип называют BRCAness. BRCAness-пациенты являются чувствительными к терапии платиновыми препаратами и ингибитором PARP-полимеразы (полиАДФ-рибозой) [17]. Данные препараты вызывают апоптоз клеток, дефектных в отношении репарации ДНК, при этом подавление активности PARP-полимеразы является более таргетной мерой воздействия, так как в этом случае приводит к гибели именно опухолевых клеток, сохраняя нормальные [18].
Итак, виновность BRCA-мутаций в случае наследственного РМЖ доказана. Однако имеются ли доказательства их участия в спорадической форме рака? Ответ на этот вопрос положительный: мутации в генах BRCA 1 и 2 встречаются и при спорадической форме. но достаточно редко [19]. Все-таки для дезактивации генов BRCA 1 и 2 требуется наличие двух мутантных аллелей, а вероятность такого события очень мала, если изначально оба аллеля были без поломок (дикого типа). Тем не менее недавние работы говорят о том, что изменения в генах BRCA 1 и 2 все-таки происходят даже при спорадическом РМЖ [20], [21]. К таким изменениям относится, например, гиперметилирование промоторной области гена, которое не влияет на последовательность нуклеотидов в цепи, однако существенно затрудняет транскрипцию мРНК с гена, поэтому гены начинают работать не в полную силу, и в клетках производится меньше белков BRCA1 и BRCA2 [21].
Первичный очаг заболевания при BRCA-мутациях: идем по следу преступников
Теперь, как принято у настоящих сыщиков, остановимся подробнее на месте и мотиве преступления. С наличием мутаций в генах BRCA 1 и 2 ассоциированы первичные метастазы яичников, фаллопиевых труб, поджелудочной железы, простаты у мужчин, но наиболее часто BRCA-мутации встречаются именно при РМЖ. Почему такая частота наблюдается именно в молочной железе? Для ответа на этот вопрос, давайте кратко вспомним анатомию молочной железы.
Проток молочной железы выстлан двумя слоями клеток: внутренний слой состоит из секреторного люминального эпителия и его клеток-предшественниц, а внешний слой — из стволовых и миоэпителиальных клеток. Эпителий молочной железы имеет уникальное свойство по сравнению с другими тканями, так как он продолжает развиваться после рождения, а именно в период полового созревания, беременности, лактации и менопаузы. Таким образом, деление и рост эпителиальных клеток молочной железы очень чутко реагируют на гормональные изменения. Недавние эпигеномные и транскриптомные исследования молочной железы человека показали, что люминальные клетки имеют в два раза больше гипометилированных энхансеров транскрипции и примерно в четыре раза больше суммарной РНК [22]. А это значит, что транскрипция в этих клетках может протекать очень активно по сравнению с другими тканями. При этом процесс транскрипции сопровождается расплетанием цепей ДНК и синтезом РНК, в результате чего образуются R-петли. Результаты DRIP-seq-анализа носительниц мутаций BRCA и пациенток без этих мутаций также подтверждают, что количество R-петель в люминальных клетках значимо выше по сравнению с другими тканями [23]. Образованию R-петель способствует задержка на том или ином локусе NELF-зависимой РНК-полимеразы II (Negative Elongation Factor (NELF) mediated Pol II) [23]. В тех случаях, когда эта полимераза делает паузу, BRCA1 связывается с различными факторами транскрипции и старается ограничить накопление R-петель на концах промоторов, как бы сгоняя засидевшуюся на месте РНК-полимеразу II. Таким образом, при пониженной экспрессии BRCA1 или нефункциональной форме белка происходит чрезмерное накопление R-петель, что в конечном итоге приводит к геномной нестабильности и способствует онкогенезу (рис. 3).
Независимая от нуклеотидных последовательностей технология, использующая структурно-специфические антитела для иммунопреципитации ДНК—РНК.
Рисунок 3. Механизм образования R-петель. На участках ДНК, богатых GC-основаниями, РНК-полимераза II делает задержку, в результате чего образуются R-петли.
Есть определенные сложности в исследовании возникающих транскриптов из-за длительной подготовки библиотек для RNA-seq из тканей и малого количества отсортированных первичных клеток, однако гипотеза о связи R-петель и BRCA-мутаций с развитием злокачественных новообразований не встречает существенных противоречий [24]. Более того, эта гипотеза также является справедливой не только для РМЖ, но и для других типов рака, при условии, что пациент является носителем мутаций в генах BRCA 1 и 2.
Найти и обезвредить
Мы с вами рассмотрели влияние мутаций в генах BRCA1 и BRCA2, а также их связь с количеством R-петель и малигнизацией тканей молочной железы. Детальное знание молекулярных механизмов, лежащих в основе патологий, помогает выбрать оптимальную диагностику и терапию заболевания. К сожалению, при выявлении BRCA-мутаций до сих пор встречаются как ложноположительные, так и ложноотрицательные результаты. Последние представлены особенно часто, потому что, как правило, в клинических лабораториях определяются наиболее частые мутации и не учитываются менее распространенные мутации в генах BRCA1, BRCA2 и других генах системы репарации. Здесь еще важно упомянуть, что у этнически различных популяций спектр и частота мутаций в BRCA-генах также различаются: частые мутации, присущие, например, северно-европейским популяциям, не будут встречаться у представителей азиатских популяций [5], [26]. Перечисленные проблемы помогает решить секвенирование нового поколения (next generation sequencing, NGS), метод, который в последнее время набирает все большую популярность в клиническом тестировании [27], [30]. С помощью NGS стало возможным проанализировать полную последовательность генов BRCA 1 и 2, а также других генов, участвующих в репарации ДНК. Однако с решением проблемы ложноотрицательных заключений на смену пришли ошибки, связанные с ложноположительными результатами. Зачастую найденные нуклеотидные варианты, отличающиеся от контрольной последовательности, не приводят к существенной деформации белков BRCA1 или BRCA2. Включение таких доброкачественных вариантов в заключение может привести к роковым ошибкам в терапии. Поэтому в последнее время появляются руководства по интерпретации найденных вариантов в генах BRCA 1 и 2 [28], а также базы данных brcaexchange.org и oncobrca.ru, где можно идентифицировать вариант и определить его патогенность.
В знаменитом трактате «Искусство войны» говорится: «знай своего врага, знай самого себя, и победа будет неизбежна». Поэтому хочется надеяться, что победа над BRCA-ассоциированными онкологическими заболеваниями становится чуть ближе с каждой работой, посвященной этой проблеме.
Определение мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 (кровь) в Москве
Приём и исследование биоматериала
Когда нужно сдавать анализ Определение мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 (кровь)?
Подробное описание исследования
Состав генетического комплекса:
Рак молочной железы – самая распространённая форма рака у женщин. Так, в России, из всех женщин, заболевших раком, каждая пятая (21%) имеет именно эту патологию – рак молочной железы.
Каждый год страшный диагноз слышат более 65 тысяч женщин, из них уходят из жизни более 22 тысяч. Хотя полностью избавиться от болезни на ранних стадиях возможно в 94% случаев. В этот комплекс входит определение мутаций в генах BRCA1 и BRCA2.
Рак молочной железы и наследственность:
Рак молочной железы в семейной истории болезни вот уже многие годы считается фактором риска. Около ста лет назад были описаны случаи семейного рака молочной железы, передающиеся из поколения в поколение. В некоторых семьях болеют только раком груди; в других появляются и другие виды рака.
Около 10-15% случаев заболеваний раком молочной железы – наследственные. Риск заболеть раком груди для женщины, мать или сестра которой болели этой болезнью, в 1,5-3 раза выше по сравнению с женщинами, чьи ближайшие родственники не болели раком молочной железы.
Рак молочной железы во всем мире считается наиболее исследованным онкологическим заболеванием. Каждый год появляется новая информация о природе этого онкологического заболевания и разрабатываются методики лечения.
Гены BRCA1 и BRCA2:
Еще в начале 90-х годов BRCA1 и BRCA2 были идентифицированы как гены предрасположенности к раку молочной железы и раку яичников.
Наследственные мутации в генах BRCA1 и BRCA2 приводят к возрастающему в течение жизни риску развития рака груди. Оба этих гена имеют отношение к обеспечению стабильности генома, а точнее, в механизме гомологичной рекомбинации для репарации двухцепочечной ДНК.
Помимо рака молочной железы, мутации в гене BRCA1 проявляются при раке яичников, причем оба типа опухолей развиваются в более раннем возрасте, чем при ненаследственном РМЖ.
Риск заболевания раком груди у женщин с мутацией генов BRCA1 и BRCA2:
У женщин – носительниц мутаций в одном из генов BRCA1 и BRCA2, риск заболеть раком молочной железы и раком яичников (реже – другими видами рака) выше, чем у других.
Следует подчеркнуть, что степень риска заболеть раком груди меняется в зависимости от семейного анамнеза. Степень риска повторно заболеть раком груди у женщины – носительницы мутации, уже переболевшей раком груди, составляет 50%. Риск заболеть раком яичников у носительниц мутации в гене BRCA1 составляет 16-63%, а у носительниц мутации в гене BRCA2 – 16-27%.
Генетическое тестирование в онкологии
Онкологические заболевания ежегодно уносят миллионы жизней. Среди причин смерти рак занимает второе место после сердечно-сосудистых заболеваний, а по сопровождающему его страху — определённо первое. Такая ситуация сложилась из-за представления, что рак сложно диагностировать и практически невозможно предотвратить.
Однако каждый десятый случай заболеваемости раком — это проявление мутаций, заложенных в наших генах с самого рождения. Современная наука позволяет их отловить и значительно уменьшить риск возникновения заболевания.
Эксперты в области онкологии рассказывают, что такое рак, как сильно на нас влияет наследственность, кому показано генетическое тестирование в качестве меры профилактики и как оно может помочь, если рак уже обнаружен.
Илья Фоминцев. Исполнительный директор
Фонда профилактики рака «Не напрасно»
Рак — это, по сути, генетическое заболевание. Мутации, вызывающие онкологические заболевания, либо наследуются, и тогда они есть во всех клетках организма, либо появляются в какой-то ткани или конкретной клетке. Человек может унаследовать от родителей определённую мутацию в гене, который защищает от рака, или мутацию которая сама по себе может привести к раку.
Ненаследственные мутации возникают в изначально здоровых клетках. Они возникают под воздействием внешних канцерогенных факторов, например, курения или ультрафиолетового излучения.
В основном рак развивается у людей в зрелом возрасте: процесс возникновения и накопления мутаций может занимать не один десяток лет. Этот путь люди проходят гораздо быстрее, если уже при рождении они унаследовали поломку. Поэтому при опухолевых синдромах рак возникает в гораздо более молодом возрасте.
Прошлой весной вышла замечательная статья в Science — о случайных ошибках, которые возникают в ходе удвоения молекул ДНК и являются основным источником появления онкогенных мутаций. При таких видах рака, как рак простаты, их вклад может достигать 95%.
Чаще всего причиной возникновения рака являются именно ненаследственные мутации: когда никаких генетических поломок человек не унаследовал, но в течение жизни в клетках накапливаются ошибки, которые рано или поздно приводят к возникновению опухоли. Дальнейшее накопление этих поломок уже внутри опухоли может сделать её более злокачественной или привести к возникновению новых свойств.
Несмотря на то, что в большинстве случаев онкологические заболевания возникают из-за случайных мутаций, надо очень серьёзно относиться к наследственному фактору. Если человек знает об имеющихся у него унаследованных мутациях, он сможет предотвратить развитие конкретного заболевания, риск возникновения которого у него очень велик.
Влияние генов BRCA1 и BRCA1 на рак молочной железы
(источник: images.nature.com)
Есть опухоли с ярко выраженным наследственным фактором. Это, например, рак молочной железы и рак яичников. До 10% случаев заболеваемости этими видами рака связаны с мутациями в генах BRCA1 и BRCA2. Самый распространенный среди нашего мужского населения вид рака — рак лёгкого — в основной массе вызывается внешними факторами, а конкретнее — курением. Но если предположить, что внешние причины исчезли, то роль наследственности стала бы примерно такой же, как и у рака молочной железы. То есть, в относительном соотношении для рака лёгкого наследственные мутации видны довольно слабо, но в абсолютных числах это всё же вполне существенно.
Кроме того, наследственный компонент довольно значительно проявляет себя в раке желудка и поджелудочной железы, колоректальном раке, опухолях головного мозга.
Антон Тихонов
научный директор биотехнологической компании yRisk
Большая часть онкологических заболеваний возникает за счёт сочетания случайных событий на клеточном уровне и внешних факторов. Однако в 5-10% случаев предопределяющую роль в возникновении рака играет наследственность.
Представим себе, что одна из онкогенных мутаций появилась в половой клетке, которой повезло стать человеком. Каждая из примерно 40 триллионов клеток этого человека (а также его потомков) будет содержать мутацию. Следовательно, каждой клетке нужно будет накопить меньше мутаций, чтобы стать раковой, а риск заболеть определённым видом рака у носителя мутации будет существенно выше.
Повышенный риск развития рака передаётся из поколения в поколение вместе с мутацией и называется наследственным опухолевым синдромом. Опухолевые синдромы встречаются достаточно часто — у 2-4% людей, и вызывают 5-10% случаев рака.
Анджелина Джоли сделала профилактические операции, поскольку три её близких родственницы умерли от рака молочных желез и яичников (источник: fs.kinomania.ru)
Благодаря Анджелине Джоли самым известным опухолевым синдромом стал наследственный рак молочной железы и яичников, который вызывается мутациями в генах BRCA1 и BRCA2. У женщин с этим синдромом риск заболеть раком молочной железы составляет 45-87%, в то время как средняя вероятность этого заболевания гораздо ниже — 5,6%. Увеличивается вероятность развития рака и в других органах: яичниках (с 1 до 35%), поджелудочной, а у мужчин еще и предстательной железе.
Наследственные формы есть практически у любого онкологического заболевания. Известны опухолевые синдромы, которые вызывают рак желудка, кишечника, мозга, кожи, щитовидной железы, матки и другие, менее распространённые типы опухолей.
Знать о том, что у вас или и у ваших родственников есть наследственный опухолевый синдром, может быть очень полезно для того, чтобы снизить риск развития рака, диагностировать его на ранней стадии, и эффективнее лечить заболевание.
Носительство синдрома можно определить с помощью генетического теста, а на то, что вам стоит сдать тест, укажут следующие особенности семейной истории.
Если для вашей семьи характерно что-либо из вышеперечисленного, вам следует проконсультироваться у врача-генетика, который определит, есть ли медицинские показания для того, чтобы сдавать генетический тест. Носителям наследственных опухолевых синдромов следует проходить тщательный скрининг на онкологические заболевания для того, чтобы обнаружить рак на ранней стадии. А в некоторых случаях риск развития рака можно существенно снизить с помощью превентивных операций и лекарственной профилактики.
Несмотря на то, что наследственные опухолевые синдромы встречаются очень часто, западные национальные системы здравоохранения пока не ввели генетическое тестирование на носительство мутаций в широкую практику. Тесты рекомендуется сдавать лишь при наличии определённой семейной истории, указывающей на определённый синдром, и только в том случае, если известно, что тестирование может принести человеку пользу.
К сожалению, такой консервативный подход пропускает множество носителей синдромов: слишком мало людей и врачей подозревает о существовании наследственных форм рака; высокий риск заболевания далеко не всегда проявляется в семейной истории; многие пациенты не знают о заболеваниях своих родственников, даже когда есть, кого спросить.
Всё это — проявление современной медицинской этики, которая гласит, что знать человеку стоит только то, что принесет ему больше пользы, чем вреда.
Причём право судить о том, что такое польза, что такое вред, и как они соотносятся друг с другом, врачи оставляют исключительно себе. Медицинское знание — такое же вмешательство в мирскую жизнь, как таблетки и операции, и поэтому меру знания должны определять профессионалы в светлых одеждах, а то как бы чего не вышло.
Я, как и мои коллеги, считаю, что право на знание о собственном здоровье принадлежит людям, а не врачебному сообществу. Мы делаем генетический тест на наследственные опухолевые синдромы, чтобы те, кто хочет узнать о своих рисках развития рака, могли реализовать это право, и взять на себя ответственность за собственную жизнь и здоровье.
Владислав Милейко
директор Atlas Oncology Diagnostics
В процессе развития рака клетки изменяются и теряют свой первоначальный генетический «вид», унаследованный от родителей. Поэтому, чтобы использовать молекулярные особенности рака для лечения, недостаточно исследовать только наследственные мутации. Чтобы узнать слабые места опухоли, нужно провести молекулярное тестирование образцов, полученных в результате биопсии или операции.
Нестабильность генома позволяет опухоли копить генетические нарушения, которые могут быть выгодными для самой опухоли. К ним относятся мутации в онкогенах — генах, которые регулируют деление клеток. Такие мутации могут многократно повышать активность белков, делать их нечувствительными к тормозящим сигналам или вызывать повышенную выработку ферментов. Это приводит к неконтролируемому делению клеток, а впоследствии и к метастазированию.
Что такое таргетная терапия
Некоторые мутации имеют известные эффекты: мы знаем, как именно они меняют структуру белков. Это даёт возможность разработать лекарственные молекулы, которые будут действовать только на опухолевые клетки, и при этом не будут уничтожать нормальные клетки организма. Такие препараты называют таргетными. Чтобы современная таргетная терапия работала, нужно до назначения лечения знать, какие мутации есть в опухоли.
Эти мутации могут различаться даже в пределах одного типа рака (нозологии) у разных пациентов, и даже в опухоли одного пациента. Поэтому для некоторых лекарств молекулярно-генетическое тестирование рекомендовано в инструкции к препарату.
Определение молекулярных изменений опухоли (молекулярное профилирование) — важное звено в цепочке принятия клинических решений, а его значимость будет только расти со временем.
На сегодняшний день в мире проводится более 30 000 исследований противоопухолевой терапии. По разным данным, до половины из них используют молекулярные биомаркеры для включения больных в исследование или для наблюдения в ходе лечения.
Но что даст пациенту молекулярное профилирование? Где его место в клинической практике сегодня? Хотя для ряда лекарств тестирование является обязательным, это всего лишь «надводная часть айсберга» современных возможностей молекулярного тестирования. Результаты исследований подтверждают влияние различных мутаций на эффективность лекарств, а некоторые из них можно встретить в рекомендациях международных клинических сообществ.
Однако известно ещё не менее 50 дополнительных генов и биомаркеров, анализ которых может быть полезным в выборе лекарственной терапии (Chakravarty et al., JCO PO 2017). Их определение требует использования современных методов генетического анализа, таких как высокопроизводительное секвенирование (NGS). Секвенирование позволяет обнаружить не только распространенные мутации, но «прочитать» полную последовательность клинически значимых генов. Это позволяет выявить все возможные генетические изменения.
На этапе анализа результатов используются специальные биоинформатические методы, которые помогают выявить отклонения от нормального генома даже если важное изменение встречается в небольшом проценте клеток. Интерпретация полученного результата должна опираться на принципы доказательной медицины, так как не всегда ожидаемый биологический эффект подтверждается в клинических исследованиях.
Высокопроизводительное секвенирование позволяет анализировать огромные объёмы данных
(источник: biology.reachingfordreams.com)
Из-за сложности процесса проведения исследований и интерпретации результатов молекулярное профилирование пока не стало «золотым стандартом» в клинической онкологии. Однако есть ситуации, в которых этот анализ может существенно повлиять на выбор лечения:
Исчерпаны возможности стандартной терапии
К сожалению, даже на фоне правильно подобранного лечения заболевание может прогрессировать, и не всегда есть выбор альтернативной терапии в рамках стандартов для данного онкологического заболевания. В этом случае молекулярное профилирование может выявить «мишени» для экспериментальной терапии, в том числе в рамках клинических исследований (например TAPUR).
Спектр потенциально значимых мутаций широк
Некоторые виды рака, например, немелкоклеточный рак лёгкого или меланома, известны множеством генетических изменений, многие из которых могут быть мишенями для таргетной терапии. В таком случае молекулярное профилирование может не только расширить выбор возможных вариантов лечения, но и помочь расставить приоритеты при выборе препаратов.
Редкие виды опухолей или опухоли с изначально плохим прогнозом
Молекулярное исследование в таких случаях помогает на начальном этапе определить более полный спектр возможных вариантов лечения.
Молекулярное профилирование и персонализация лечения требуют сотрудничества специалистов из нескольких областей: молекулярной биологии, биоинформатики и клинической онкологии. Поэтому такое исследование, как правило, стоит дороже обычных лабораторных тестов, а его ценность в каждом конкретном случае может определить только специалист.
Оригинал статьи опубликован на сайте Newtonew.