Характерный для меланомы мутационный паттерн связан с позиционированием нуклеосом

Детали механизма формирования характерной для меланом мутационной сигнатуры 7 (подробности на PCR.news), еще предстоит изучить, но как формируется другой мутационный паттерн в меланоме под действием ультрафиолетового облучения, установить удалось. Этот необычный паттерн, также вызванный формированием пиримидиновых димеров, был обнаружен в областях фиксированного позиционирования нуклеосом. Пиримидиновые димеры и фрагменты ДНК, их содержащие, могут быть специфически распознаны методом высокопроизводительного секвенирования XR-Seq. Паттерн распределения позиций нуклеосом во многих участках генома весьма консервативен и также может быть определен при помощи специального метода высокопроизводительного секвенирования.

Частота мутаций резко менялась на протяжении 10 пар нуклеотидов, формируя короткие пики. Кроме того, на эти пики накладывались протяженные «волны» изменений частоты мутаций длиной около 150 нуклеотидов. Короткие пики соответствовали фрагменту 10-нуклеотидного витка ДНК, экспонированному на поверхности нуклеосомы, 150-нуклеотидные периоды — полному витку ДНК вокруг нуклеосомы (147 пар оснований), причем по «краям» мутагенность была ниже, чем в более плотно упакованной структуре центральной части нуклеосомы. Предполагается, что более плотная упаковка ДНК в центре нуклеосомы затрудняет работу репарационных ферментов, что сказывается на частоте нуклеотидных замен. В областях ДНК, где позиционирование нуклеосом менее выражено, описанные паттерны распределения мутаций также в значительной степени «смазаны».

Мутационные паттерны в областях жесткого позиционирования нуклеосом сравнили в разных типах опухолей. Ясно выраженный «нуклеосомный» паттерн, описанный выше, был найден только в УФ-индуцированных меланомах. Ни УФ-независимые, акральные меланомы, ни опухоли простаты не имели такого паттерна. Было показано, что «глубина» большого шага кривой распределения частоты мутаций, связанная с упаковкой 147-нуклеотидного фрагмента ДНК вокруг нуклеосомы, может сильно зависеть от степени и типа модификации гистонов, отражающих функциональный статус хроматина. В наиболее активно транскрибируемом хроматине сохраняется 10-нуклеотидная периодичность мутаций, однако различие в частоте мутаций между внутренними и внешними участками ДНК практически отсутствует. По всей вероятности, релаксация комплекса коровых гистонов, наблюдаемая при активной транскрипции, облегчает доступ репарационного комплекса к связанным с ними участкам ДНК.

Данный механизм распределения мутаций имеет достаточно понятные структурно-функциональные основы. Однако авторы отмечают, что на мутагенез и распределение мутаций в опухоли влияет множество других процессов. Так, одна из важных причин генерации таких паттернов — связывание с ДНК с транскрипционными факторами. Комбинация мутагенных процессов и факторов, влияющих на них, создает трудноразрешимые проблемы, мешающие пониманию механизмов возникновения мутаций, ведущих к канцерогенезу или к дальнейшей эволюции опухоли. Возможность создать непротиворечивую картину на основе сложной мозаики известных паттернов мутаций в ДНК опухолей станет важным шагом к решению проблемы канцерогенеза. Понимание механизмов формирования мутаций при опухолях дает не только диагностическую и прогностическую информацию, но и знания о структуре неоантигенов, которые могут стать мишенью персонализированных противоопухолевых вакцин.