ASSOCIATION OF THE FOLATE METABOLISM GENES WITH THE RISK FOR LUNG, PROSTATE, BREAST AND UTERINE CANCER

Full Text

В настоящее время многочисленными публикациями доказана значимость компонентов фолатного цикла как необходимого звена клеточного метаболизма за счёт непосредственного участия в синтезе нуклеотидов, с одной стороны, и в процессах метилирования ДНК - с другой. Показано также, что изменение активности ключевых ферментов фолатного цикла, обусловленное полиморфизмом их генов, повышает риск развития онкологических заболеваний. Одним из ключевых механизмов, посредством которых изменения в метаболизме фолатов могут влиять на целостность и стабильность ДНК и способствовать неопластической трансформации, является изменение процессов метилирования. Так, гиперметилирование областей промотора гена подавляет экспрессию генов-супрессоров опухолевого роста, а тотальное гипометилирование приводит к хромосомной нестабильности и увеличению мутационных событий [1]. В различных исследованиях проведено сравнение частот аллелей и генотипов полиморфных локусов генов, входящих в состав фолатного цикла, в различных популяционных группах, а также показано наличие ассоциации определенных полиморфных вариантов с развитием онкопатологии. Тем не менее, при интерпретации и экстраполяции таких опубликованных данных необходимо понимание, является ли частота распространения полиморфизмов характерной для выбранной для обследования группы, так как она входит в состав определенной популяции, либо это распределение частот является результатом смещения выборки в процессе реализации патологических эффектов данных полиморфных вариантов. В связи с этим цель данного исследования заключалась в том, чтобы оценить частоту встречаемости полиморфных вариантов ключевых генов фолатного цикла - метилентетрагидрофолатредуктазы MTHFR (C677T, A1298C), B-12-зависимой метионинсинтазы MTR (A2756G), метионинсинтазы-редуктазы MTRR (A66G), а также определить возможную связь между данными полиморфизмами и риском возникновения рака у разных групп онкологических пациентов Новосибирска и Новосибирской области. Материал и методы В исследование включено 324 онкологических пациента с различной локализацией опухолевого процесса (у 157 пациентов - рак предстательной железы - РПЖ, у 54 - рак легкого, у 47 - рак тела матки, у 42 - рак шейки матки, у 24 - рак молочной железы - РМЖ). Пациенты находились на лечении в отделении онкологии и радиотерапии ФГБУ СФБМИЦ им. акад. Е.Н. Мешалкина Минздрава РФ в период с ноября 2014 г. по октябрь 2015 г. Средний возраст (±SD) пациентов, среди которых было 206(63,6%) мужчин и 118(36,4%) женщин, составил 62 ± 11 лет, все пациенты - жители Новосибирска и Новосибирской области. Онкологический диагноз в каждом наблюдении подтвержден морфологически, эндоскопически, рентгенологически. Группу контроля составили условно здоровые люди (258(65,9%) мужчин и 133(34,1%) женщины, всего 391 человек; средний возраст 64 ± 9 лет), не имеющие на момент обследования онкологических заболеваний в анамнезе. Для исследования были выбраны 4 полиморфизма генов системы фолатного цикла (MTHFR: 677 C>T (Ala222Val); MTHFR: 1298 A>C (Glu429Ala); MTR: 2756 A>G (Asp919Glu); MTRR: 66 A>G (Ile22Met)), ассоциированных, согласно данным литературы, с различными онкологическими заболеваниями. Экстракция геномной ДНК проводилась из ЭДТА-стабилизированной цельной крови с использованием набора реагентов «Проба ГС-Генетика» («ДНК-Технология», Россия), определение аллельных вариантов указанных генов проводили методом полимеразной цепной реакции в режиме реального времени с анализом кривых плавления, согласно инструкции к тест-системе «Генетика метаболизма фолатов» («ДНК-Технология», Россия). Регистрацию и учёт результатов амплификации проводили с помощью ДНК-амплификатора в реальном времени ДТ-96 («ДНК-Технология», Россия). Статистическую обработку проводили с использованием стандартного пакета программ Statistica 10.0. Распределение генотипов по исследуемым полиморфным локусам проверяли на соответствие распределению Харди-Вайнберга с помощью он-лайн сервиса oege.org/software/hardy-weinberg.html. Сравнение частот генотипов в группах больных и здоровых проводили с помощью критерия хи-квадрат Пирсона. Различия считались значимыми (достоверными) при p < 0,05. Силу ассоциаций оценивали с использованием критерия отношения шансов (OR - odd ratio). OR указан с 95% доверительным интервалом. Результаты и обсуждение Результаты распределения частот генотипов в группах больных и в группе контроля представлены в табл. 1. При оценке соответствия распределения генотипов равновесию Харди-Вайнберга в исследуемых выборках было выявлено, что данному равновесию соответствовало соотношение частот генотипов по всем локусам всех четырёх генов и в контрольной группе, и в группе пациентов с онкопатологией различной локализации, кроме гена MTRR у больных раком тела матки. Частота распространения полиморфных вариантов генов MTHFR и MTR в группах онкологических пациентов соответствует данным о распространённости этих полиморфизмов в популяции Западной и Восточной Сибири, а также некоторых европеоидных популяций [2-5], а по гену MTRR гетерозиготный полиморфизм A/G и гомозиготный G/G у больных раком матки встречается чаще. Выявленные отклонения от закона Харди-Вайнберга можно рассматривать и как случайные (размер выборки) и как возникшие за счёт увеличения носителей генотипа A/G и G/G гена MTRR, что может быть признаком влияния данных полиморфизмов на формирование патологического процесса в данной группе пациентов. В настоящем исследовании изучены полиморфные варианты четырёх генов фолатного цикла. Ген MTHFR кодирует аминокислотную последовательность фермента 5,10-метилентетрагидрофолатредуктазы (MTHFR), играющего ключевую роль в метаболизме фолиевой кислоты, - он катализирует восстановление 5,10-метилентетрагидрофолата до 5-метилтетрагидрофолата, являющегося основной циркулирующей формой фолата. Существует ряд аллельных вариантов гена MTHFR. Наиболее изученным является полиморфизм 677 C>T (Ala222Val) (международный идентификационный номер rs1801133), он характеризуется точечной мутацией с заменой цитозина (C) на тимин (T) в положении 677 гена MTHFR. У лиц, гетерозиготных по данной мутации, отмечается снижение активности фермента до 35%, у гомозигот - до 70% [6]. Другим полиморфным вариантом гена MTHFR является 1298 A>C (Glu429Ala) (rs1801131). Полиморфизм 1298 A>C приводит к точечной замене глутамина на аланин в регуляторном домене фермента, что сопровождается незначительным снижением его активности. В отличие от полиморфизма 677 C>T гетерозиготность и гомозиготность по мутации 1298 A>C не сопровождается повышением концентрации общего гомоцистеина в крови. Однако лица, имеющие комбинацию гетерозиготности данных аллелей гена MTHFR, как правило, имеют биохимический профиль гомозиготных носителей мутантного аллеля 677 C>T, а именно - повышение уровня гомоцистеина и снижение уровня фолатов в крови [6, 7]. Метионинсинтаза (MTR) - витамин B12-зависимый фермент, катализирующий реметелирование гомоцистеина в метионин. MTR имеет решающее значение для поддержания адекватного количества внутриклеточного метионина - незаменимой аминокислоты и предшественника S-аденозилметионина (SAM). SAM является важным донором метильных групп, участвующих в многочисленных процессах метилирования, включая метилирование ДНК. MTR также необходима для поддержания внутриклеточного пула фолатов и за счет этого - оптимальной концентрации гомоцистеина. В гене MTR описан полиморфизм в позиции 2756 A>G (Asp919Glu) (rs1805087) в сайте связывания фермента. Данный полиморфизм приводит к замене аспарагиновой кислоты на глицин. Снижение функциональной активности фермента в результате данной замены вызывает гипометионинемию и гипергомоцистеинемию [8]. Ген MTRR кодирует фермент, необходимый для поддержания активности метионинсинтазы, - редуктазу метионинсинтазы. Полиморфизмом гена MTRR является 66 A>G (Ile22Met) (rs1801394) - точная замена аденина (А) на гуанин (Г) в позиции 66 [9]. Данный полиморфизм является одним из наиболее распространенных и в 4 раза снижает активность фермента, уменьшая его сродство к MTR, тем самым повышая риск развития гипергомоцистеинемии. Увеличение содержания гомоцистеина является маркером гипометилирования ДНК - ранним среди последовательности событий, приводящих к развитию рака. Подобно MTR, редуктаза метионинсинтазы является ключевым ферментом для биосинтеза метионина - предшественника реакции метелирования ДНК и других молекул, а также для восстановления тетрагидрофолата, необходимого для синтеза нуклеотидов. Изменения в этом ферменте могут существенно влиять на метилирование, синтез и восстановление ДНК. В нашем исследовании, частоты встречаемости аллельных вариантов исследованных полиморфизмов генов MTHFR, MTR и MTRR статистически не различались между группами больных раком различной локализации и условно здоровых лиц. Также не было обнаружено ассоциации полиморфизмов MTHFR (C677T, A1298C), MTR (A2756G), MTRR (A66G) с риском развития РМЖ, раком тела и шейки матки, РПЖ и раком лёгкого (табл. 2, 3). Результаты метаанализов, объединявших до 10 исследований по одной или нескольким локализациям опухолевого процесса, свидетельствуют о том, что данные о связи того или иного полиморфного варианта генов системы фолатного цикла и риска развития рака являются противоречивыми и неоднозначными. Так, например, среди результатов исследования ассоциации полиморфизмов гена MTHFR и риска развития РМЖ существуют данные, показывающие значительную связь между гомозиготным или гетерозиготным носительством C677T и увеличением шанса развития данного заболевания. Но эта связь была значимой не для всей группы обследованных пациентов, а только для подгруппы женщин в пременопаузе [10]. Различия в эффекте влияния данного полиморфизма показаны также и для разных популяционных групп - наблюдается в популяции женщин Восточной Азии, в европейской популяции данных о влиянии нет [11]. В другом метаанализе, включающем 6084 пациентов с РМЖ из 6 разных исследований, показано отсутствие ассоциации полиморфных вариантов генов MTR и MTRR с риском развития РМЖ [12]. В случае рака шейки матки проведенные эпидемиологические исследования также оказались противоречивыми в отношении роли фолатов в этиологии дисплазии шейки матки и последующего развития инвазивного рака [13, 14]. Для изучения роли полиморфных вариантов генов системы фолатного цикла в развитии рака лёгких проведено большое исследование случай-контроль среди 1051 больного раком лёгких. Показано, что по сравнению с нормальным генотипом гена MTHFR носительство генотипа 1298CC ассоциировалось со значительно повышенным риском рака лёгких, а генотип MTHFR 677TT был связан со значительно уменьшенным риском рака лёгкого у женщин. Дальнейший анализ показал наличие взаимодействия между полиморфизмом MTHFR C677T и диетическим приемом витаминов B6, B12 и метионина у женщин и между полиморфизмами MTHFR C677T и A1298C и курением табака у мужчин. Иначе говоря, полиморфизмы гена MTHFR могут способствовать риску развития рака лёгких и модифицировать риск, связанный с диетой и воздействием окружающей среды в зависимости от пола [15]. Исследования проводились также и у больных РПЖ. Обнаружено, что генотипы MTHFR 677TT и 1298CC связаны примерно с 40% снижением риска развития РПЖ по сравнению с генотипами 677CC и 1298AA. Комбинированные варианты генотипов 1298AC + 677CC были связаны с 30% снижением риска развития РПЖ [16]. Однако имеются данные, свидетельствующие о повышении риска развития РПЖ в 2,2 раза у носителей 677CT [17]. Таким образом, несмотря на базовую тождественность патогенеза рассмотренных онкологических заболеваний (нестабильность генома за счёт нарушения процессов метилирования ДНК в результате действия полиморфных вариантов генов системы фолатного цикла), полученные в нашем исследовании результаты и результаты анализа данных литературы не позволяют сделать вывод о значительном вкладе данного явления в риск развития рака. По-видимому, у лиц, входящих в изучаемые группы, происходит незначительное снижение активности ферментов, кодируемых полиморфными аллелями. Это в результате не приводит к выраженным нарушениям фолатного цикла. Следует также учитывать уровень потребления фолатов и витаминов группы B, так как при нормальном их поступлении в организм наличие одного или нескольких полиморфизмов в данной системе генов, вероятно, будет оказывать менее выраженное влияние на процессы метилирования. Также для каждого случая рака рассмотренных локализаций существуют более «очевидные» факторы риска, такие как пол, образ жизни, наследственность, гены предрасположенности (BRCA, GSTT, GSTP и т. п.), наличие инфицирования вирусом папилломы человека высокого онкогенного риска в случаях рака шейки матки и др. В нашем исследовании, как и в большинстве данных литературы, рассматривался изолированный вклад ожидаемых нарушений метаболизма фолатов, возникающих из-за сниженной функциональной активности белковых продуктов, вовлеченных в этот метаболизм полиморфных генов. В действительности же развитие опухолевого процесса всегда является результатом совокупного действия множества факторов. Заключение Полученные нами результаты свидетельствуют об отсутствии ассоциации генотипов MTHFR 677CT, 677TT, 1298AC, 1298CC и аллелей 677T, 1298C с риском развития рака легкого, рака предстательной железы, рака молочной железы и рака матки в изучаемых группах пациентов. Полиморфные генотипы 2756AG, 2756GG гена MTR, как и 66AG, 66GG гена MTRR и их полиморфные аллели 2756G, 66G также не были связаны с риском развития исследованных раков. Вероятно, полиморфизм данных генов вызывает незначительное снижение активности экспрессируемых ими ферментов in vivo. Иначе говоря, полиморфные варианты генов фолатного цикла являются неспецифическим фактором риска развития онкопатологии и без учёта совокупного вклада нескольких факторов риска, изолированное их исследование не может применяться в качестве скринингового для выявления предрасположенности к онкологическим заболеваниям в изучаемой популяции.

About the authors

A. N Shilova

Academician E.N. Meshalkin Siberian Federal Biomedical Research Center

Novosibirsk, 630055, Russian Federation

Olga S. Shkoda

Academician E.N. Meshalkin Siberian Federal Biomedical Research Center

Email: olgashkoda_nsk@mail.ru
MD, Physician of Clinical Laboratory Diagnostics, Laboratory of Clinical Immunology, Academician E.N. Meshalkin Siberian Federal Biomedical Research Center; Novosibirsk, 630055, Russian Federation Novosibirsk, 630055, Russian Federation

V. V Lomivorotov

Academician E.N. Meshalkin Siberian Federal Biomedical Research Center

Novosibirsk, 630055, Russian Federation

J. N Shilova

Altai State Medical University

Barnaul, 656038, Russian Federation

References

Supplementary files