Соматические мутации в тонком кишечнике редко приводят к раку

Тонкий кишечник — самый длинный сегмент желудочно-кишечного тракта и основной орган, участвующий в переваривании пищи и абсорбции питательных веществ. Эпителий кишки считается одним из самых часто самообновляемых видов тканей у взрослых млекопитающих. При этом опухоли тонкого кишечника составляют лишь 4% от общего числа опухолей ЖКТ.

Считается, что соматические мутации накапливаются во всех клетках. Несмотря на то, что геномы многих видов опухолей всесторонне охарактеризованы, все еще существует недостаточно информации о соматических мутациях в нормальных клетках. Несмотря на наличие небольшого числа исследований с анализом нормальных крипт тонкого кишечника, расширенное секвенирование нормального эпителия тонкой кишки до сих пор не проводилось. Поэтому исследователи из Великобритании и Финляндии всесторонне проанализировали соматические мутации в нормальном эпителии тонкого кишечника.

Для этого они провели полногеномное секвенирование 342 образцов нормальных эпителиальных крипт, полученных с помощью технологии лазерной захватывающей микродиссекции от 39 пациентов в возрасте от 4 до 82 лет. Всего было обнаружено 787 109 уникальных однонуклеотидных замен (SBS) и 51 256 малых вставок и делеций (ID). Исследователи составили линейные смешанные модели для оценки влияния возраста, локации биопсии и состояния здоровья на степень мутаций SBS и ID. В среднем за год в тонком кишечнике накапливалась 51 мутация SBS и 3,7 ID на крипту в двенадцатиперстной кишке, 50 SBS и 2,6 ID на крипту в тощей кишке, 42 SBS и 2,3 ID на крипту в подвздошной кишке. Уровни SBS и ID были схожи с таковыми в нормальном толстом кишечнике. Это указывает на то, что низкий уровень заболеваемости раком тонкой кишки не связан с низкой частотой мутаций.

Исследователи обозначили десять референсных SBS в эпителии нормального тонкого кишечника: SBS1, SBS2, SBS5, SBS13, SBS17b, SBS18, SBS35, SBS40, SBS41 и SBS88. Семь сигнатур (SBS2, SBS13, SBS17b, SBS35, SBS40, SBS41 и SBS88) были представлены только в определенном подмножестве крипт и поэтому оценены как «спорадические». Для остальных сигнатур исследователи приводят подробное описание и возможные причины их возникновения.

Сигнатуры SBS2 и SBS13 связаны с активностью белков семейства APOBEC цитидиновых деаминаз. Они характеризуются в основном мутацией C>T (SBS2) и C>G/C>A (SBS13) в тринуклеотидах TCN, обычно встречаются совместно во многих видах рака. SBS2/SBS13 были обнаружены у 22 из 39 участников исследования в 58 из 342 (17%) крипт и в целом составляли 11% от SBS нагрузки. Частота мутагенеза APOBEC в нормальном эпителии тонкой кишки значительно выше, чем в нормальном колоректальном эпителии.

Причина, вызывающая мутации SBS2/SBS13, неизвестна. Для исследования возможного влияния внешних локальных факторов микроокружения на находящиеся рядом друг с другом крипты было проанализировано взаимное расположение крипт с SBS2/SBS13. Оказалось, что крипты с мутагенезом APOBEC зачастую соседствовали с криптами без этого мутагенеза, что указывает на внутриклеточную природу факторов, вызывающих мутации.

In vitro исследования человеческих раковых клеток говорят об эпизодическом появлении мутаций SBS2/SBS13. Опыты in vivo также подтвердили, что APOBEC мутагенез в нормальных клетках тонкого кишечника эпизодичен. Кроме того, обнаруженные у четырехлетнего ребенка мутации SBS2/SBS13 указывают на возможность их появления в раннем возрасте.

Известно, что за мутации SBS2/SBS13 в основном отвечают ферменты APOBEC3A и APOBEC3B. Для того, чтобы определить механизмы, лежащие в основе таких высоких уровней встречаемости SBS2/SBS13 в тонком кишечнике, были проанализированы пять независимых баз данных транскриптомных последовательностей отдельных клеток и целых тканей. Оказалось, что уровни экспрессии APOBEC1 гораздо выше в тонком кишечнике, чем в толстом кишечнике и в других здоровых тканях. Известна физиологическая функция белка APOBEC1, заключающаяся в редактировании мРНК аполипопротеина B (APOB) для получения укороченного белка APOB с специфической функцией. Вероятно, повышенная экспрессия мРНК гена APOBEC1 отвечает за высокую частоту встречаемости SBS2/SBS13 в тонком кишечнике в сравнении с толстым кишечником и другими здоровыми тканями.

Таким образом, была обнаружена потенциальная связь между белком APOBEC1, участвующим в абсорбции питательных веществ в кишечнике, и двумя мутационными сигнатурами SBS2 и SBS13, встречающихся в тонком кишечнике гораздо чаще, чем в других тканях.

В клетках сердца быстро накапливаются соматические мутации