Мутации в некодирующих областях генома влияют на патогенез рака

Большинство предыдущих исследований соматических мутаций при раке было сосредоточено на поиске вариантов в белок-кодирующих областях генома. Группа исследователей, возглавляемая командой ученых из Института рака Даны-Фарбера, искали соматические мутации, которые возникают в некодирующих областях генома.

Материалами для исследования послужили результаты полногеномного секвенирования почти 4000 пациентов с 19 различными типами рака. Чтобы обнаружить мутации, исследователи разделили последовательность ДНК на секторы с интервалами в 1 килобазу, 10 килобаз и 100 килобаз и провели три теста значимости в каждом интервале. Первый тест значимости моделировал мутационный фон на основании эпигенетических модификаций с учетом разницы в частоте мутаций ДНК в эу- и гетерохроматине. Второй тест сравнивал частоты мутаций неродственных типов рака в каждом интервале, чтобы обнаружить области генома с необычно высокой частотой мутаций при конкретном типе рака. Третий тест находил кластеры мутаций вблизи геномных областей, играющих роль в развитии рака. Данный подход основан на методологических разработках консорциума Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes.

Анализ выявил 142 мутации в кодирующих областях, 73 мутации в регуляторных областях, 70 мутаций вблизи тканеспецифичных генов и 87 других типов мутаций. При этом 93% мутаций в кодирующих областях были связаны с известными онкогенами; 96,5% совпадали с мутациями, найденными MutSigCV и dNdScv — признанными методами для поиска мутаций в кодирующих областях. Высокий процент совпадения подтверждает надежность выбранного исследователями подхода к выявлению мутаций в некодирующих областях.

Авторы обнаружили, что регуляторные области генов, связанных с раком, обогащены мутациями. Например, были найдены мутации в промоторе TERT в геноме пациентов с раком мочевого пузыря, головного мозга и других типов рака. Также были найдены мутации в некодирующих областях выше гена FOXA1 у пациентов с раком молочной железы и ниже гена FOXA1 – с раком предстательной железы.

Ученые выявили 46 мутаций в промоторах и энхансерах генов, связанных с раком. Например, они обнаружили мутации в промоторе гена FGFR2 у пациентов с раком мочевого пузыря и легких, в промоторах генов B2M, KLF6 и SRCAP — с раком легких.

Некоторые мутации в некодирующих областях, не вошедших в вышеперечисленные группы, обнаружили в большом количестве рядом с классическими генами — драйверами рака. Так, мутации были найдены вблизи генов контрольных точек сборки веретена деления MAD1L1 и MAD2L1 у пациентов с раком головного мозга и яичников и вблизи гена-супрессора опухоли NF1 у пациентов с раком молочной железы.

Исследователи отметили, что в геномах пациентов с раком молочной железы наблюдались мутации в регуляторной области, но за пределами промотора гена XBP1. С помощью методов CRISPRi (CRISPR interference, CRISPR интерфернция) и люциферазного репортерного анализа (luciferase reporter assay) исследователи обнаружили, что эти мутации повышают экспрессию XBP1, что демонстрирует значимость такого типа мутаций.

По мнению первого автора статьи Феликса Дитлайна, доцента Института рака Даны-Фарбера, выявление новых мутаций в некодирующих областях геномов пациентов, больных раком, может привести к открытию новых генов, связанных с развитием опухоли. Исследователи считают, что полученные ими результаты можно использовать для разработки новых методов диагностики и лечения рака.