Микросателитен статус
Микросателити
Микросателитите, още прости повторени последователности (simple sequence repeats, SSRs) или къси повторени последователности (short tandem repeats, STRs), са едни от най-вариабилните части на генома. Те са фрагменти от ДНК, които се състоят от една до шест нуклеотидни двойки, които многократно се повтарят. 1 Броят на повтарящите се сегменти в микросателитната последователност често варира сред хората, което ги прави полезни като маркери за изучаване на модели на наследяване в семейства или за създаване на ДНК отпечатък от проби в криминалната практика. Микросателитният анализ също така може да се използва за мониториране на прогресията на заболяването в онкологията, като се оценява количествено честотата на поява или загуба на микросателити. 2
Локализация на микросателитите
Микросателитите съставляват около 3% от генома. 1 Тези последователности се намират предимно в некодиращите региони на генома, но някои са разположени в регулаторни или интронни региони. 2 Разпределени са в цялата ДНК последователност, но най-често в (пери) центромерни и (суб) теломерни региони. 3
DNA MMR (Mismatch repair)
DNA MMR e механизъм за възстановяване на целостта на ДНК след поява на грешки, свързани със заместването на отделни нуклеотидни бази или появата на кратки вмъквания (insertion) и делеции (deletion). 4 Четирите гена, които играят критична роля в този процес включва: MLH1 (mutL homologue 1), MSH2 (mutS homologue 2), MSH6 (mutS homologue 6) и PMS2 (postmeiotic segregation increased 2). Кодираните от тях омонимни протеини MLH1, MSH2, MSH6 и PMS2, функционират в хетеродимери, а именно MLH1-PMS2 и MSH2-MSH6. Инактивиране на един от тези гени, което може да възникне поради герминативна или соматични мутации или епигенетично заглушаване, води до дефектен MMR (dMMR) механизъм. 5 Устройството и функцията на DNA MMR е показана на следната фигура: 4
MLH1 генът е локализиран в трета хромозома (3p21). Фенотипът, който обуславя герминативна мутацията на този ген в хомозиготно състояние, се свързва с развитие на левкемия и/или лимфом, асоциирани с неврофиброматоза тип 1. В допълнение на мутациите, хиперметилирането на промотора на MLH1 гена се свързва с патогенезата на хематологични неоплазии, като острата T-клетъчна левкемия/лимфом. По-висок е рискът и за развитие на рак на черния дроб.
MSH2 генът е локализиран във втора хромозома (2p21) и кодира синтезата на протеин, който участва в две от структурите на MMR системата. Мутациите в този ген се свързват с развитие на синдром на Линч, хематологични неоплазии, карциноми на гастроинтестиналния тракт, отделителната система и овариален карцином, както и с развитие на ендометриален и колоректален аденокарцином. Освен това, носителите на MSH2 мутация имат повишен риск от рак на гърдата (РМЖ) със или без фамилна анамнеза за Линч синдром.
MSH6 генът е локализиран във втора хромозома (2p15-16). Мутации в този ген се свързват с редица заболявания, като например MMR-D (MMR-deficiency) синдром, който се характеризира с мозъчни тумори в детска възраст, хематологични, гастроинтестинални неоплазми, и белези на неврофиброматоза тип 1. Освен че повлияват туморогенезата, мутации в MSH6 гена са свързани и с развитието на лекарствената резистентност, като например появата на тиопуринова резистентност при В-клетъчна лимфобластна левкемия при деца, в резултат от вторични мутации при появата на релапс на заболяването. 4
PMS2 генът е локализиран в седма хромозома (7p22.1). Протеинът hPMS2 осъществява своята активност като се свързва в димер с hMLH1, а получения комплекс разгражда погрешно синтезираната последователност и инициира ре-синтезата на ДНК.
Фенотипно доказателство, че MMR системата не функционира нормално е появата на т.нар. микросателитната нестабилност (MSI) - състояние на генетична хипермутабилност, с натрупване на големи количества инсерции и делеции в микросателитите. 6
Онкогенезата в резултат на дефект в MMR се опосредства от микросателитна нестабилност или друг вид дисфункция на системата, при което се активират протоонкогени, дезактивират се тумор супресорни гени или не се отстраняват появили се генни мутации. Този процес е показан на фигурата: 4
Клинично значение на микросателитната нестабилност
Микросателитната нестабилност (MSI) е механизъм, участващ в развитието на множество онкологични заболявания:
- около 95% от неоплазмите, асоциирани със синдрома на Линч (най-често ендометриален и колоректален карцином, но също така карцином на тънките черва, уротелен карцином, карциноми на централната нервна система и на мастните жлези)[5], 15% от спорадичните колоректални карциноми, 10% от карциномите на стомаха 7
- малка част от анапластичните карциноми на щитовидната жлеза 8
- остра лимфобластна левкемия 2
- белодробен ентерален аденокарцином - рядък вариант на недребноклетъчен белодробен карцином с хистологичен модел, който имитира метастатичен колоректален карцином 9
- карцином на гърдата, карцином на простатата, холангиокарцином, хронична миелобластна левкемия, карцином на пикочния мехур, карцином на яйчниците, дуктален аденокарцином на панкреаса, фоликуларен тиреоиден карцином, адренокортикален карцином 10
Диагностичен и терапевтичен подход
Консенсусният панел към Европейското дружество по медицинска онкология (ESMO) препоръчва изследване за установява на микросателитния статус да се прави при всички спорадични случаи на рак, свързан със синдром на Линч (колоректален карцином, ендометриален карцином, тънкочревен карцином, уротелен карцином, тумори на ЦНС и на мастните жлези). 4
За определяне на MSI статус се препоръчват следните диагностични методики: полимеразната верижна реакция (polymerase chain reaction, PCR), имунохистохимия (IHC) и секвенирането от следващо поколение (NGS). 7
Основна диагностична технология е имунохистохимията (IHC), с изследване на четирите протеина, продукт на гените за mismatch repair системата - MLH1, MSH2, MSH6, PMS2. Като основен недостатък на IHC трябва да се посочи, че част от резултатите могат да бъдат фалшиво позитивни или фалшиво негативни и да не отразят реалния статус на MMR. MSI-PCR молекулярно изследване е показано в случай на неопределени резултати от IHC, включително несъгласие или трудности при интерпретирането на IHC или в случай на загуба само на една хетеродимерна субединица. Секвенирането от следващо поколение (NGS) е друг метод, , който може да бъде полезен не само за определяне на микросателитния статус, но и за едновременната оценка на туморния мутационен товар. Също така NGS може да установи таргети за терапия, различна от имунотерапията, и има потенциал да се превърне в изследване от първа линия за пациенти с рак в спектъра на Линч синдрома. 5 Повече информация за възможностите на геномното секвениране, може да намерите на https://www.foundationmedicine.bg.
Туморите, които се развиват в следствие на дефект в MMR системата, са имуногенни и отговарят на терапия с имунни чекпойнт инхибитори - антитела срещу протеина PD-1 (promoted cell death - 1). 4
Референции:
1. Verbiest, Max A et al. “Short tandem repeat mutations regulate gene expression in colorectal cancer.” Scientific reports vol. 14,1 3331. 9 Feb. 2024, doi:10.1038/s41598-024-53739-0
2. Lo, Johnathan et al. “micRocounter: Microsatellite Characterization in Genome Assemblies.” G3 (Bethesda, Md.) vol. 9,10 3101-3104. 7 Oct. 2019, doi:10.1534/g3.119.400335
3. Liehr, Thomas. “Repetitive Elements in Humans.” International journal of molecular sciences vol. 22,4 2072. 19 Feb. 2021, doi:10.3390/ijms22042072
4. He, Yuchen et al. “The role of DNA mismatch repair in immunotherapy of human cancer.” International journal of biological sciences vol. 18,7 2821-2832. 4 Apr. 2022, doi:10.7150/ijbs.71714
5. Luchini, C et al. “ESMO recommendations on microsatellite instability testing for immunotherapy in cancer, and its relationship with PD-1/PD-L1 expression and tumour mutational burden: a systematic review-based approach.” Annals of oncology : official journal of the European Society for Medical Oncology vol. 30,8 (2019): 1232-1243. doi:10.1093/annonc/mdz116
6. Latham, Alicia et al. “Microsatellite Instability Is Associated With the Presence of Lynch Syndrome Pan-Cancer.” Journal of clinical oncology : official journal of the American Society of Clinical Oncology vol. 37,4 (2019): 286-295. doi:10.1200/JCO.18.00283
7. Zito Marino, Federica et al. “Microsatellite Status Detection in Gastrointestinal Cancers: PCR/NGS Is Mandatory in Negative/Patchy MMR Immunohistochemistry.” Cancers vol. 14,9 2204. 28 Apr. 2022, doi:10.3390/cancers14092204
8. Rocha, Maria Linda et al. “The prevalence of DNA microsatellite instability in anaplastic thyroid carcinoma - systematic review and discussion of current therapeutic options.” Contemporary oncology (Poznan, Poland) vol. 25,3 (2021): 213-223. doi:10.5114/wo.2021.110052
9. Fassi, Elena et al. “Clinical presentation and outcome of patients with enteric-type adenocarcinoma of the lung: A pooled analysis of published cases.” Lung cancer (Amsterdam, Netherlands) vol. 179 (2023): 107176. doi:10.1016/j.lungcan.2023.107176
10. Li, Kai et al. “Microsatellite instability: a review of what the oncologist should know.” Cancer cell international vol. 20 16. 13 Jan. 2020, doi:10.1186/s12935-019-1091-8