Экспрессия интронной микроРНК MIR-153 при раке предстательной железы
Автор: Долотказин Данияр Рустамович, Шкурников М.Ю., Стаканов В.А., Алексеев Б.Я.
Журнал: Экспериментальная и клиническая урология @ecuro
Рубрика: Онкоурология
Статья в выпуске: 4 т.14, 2021 года.
Бесплатный доступ
Введение. Поиск новых маркеров ранней диагностики рака предстательной железы (РПЖ) является актуальной задачей. Наиболее перспективным субстратом для изучения являются микроРНК. Материалы и методы. Исследование построено на результатах биоинформационного анализа результатов секвенирования мРНК и микроРНК 184 образцов РПЖ и 50 образцов условно здоровой ткани предстательной железы. Результаты. Среди 182 дифференциально представленных при Т2х РПЖ выявлено четыре гена-хозяина пре-микроРНК: AMH (hsa-mir-4321), MYH6 (hsa-mir-208), MYH7 (hsa-mir-208b), PTPRN (hsa-mir-153-1). Только экспрессия hsa-miR-153-3p значимо различалась между группами сравнения. Выявлено девять факторов транскрипции, способных регулировать экспрессию данной микроРНК: AR, CREB1, CTCF, ERG, ETV1, GABPA, MYC, SUMO2, TRIM24. Последующий анализ коэкспрессии показал значимую положительную корреляцию экспрессии hsa-miR-153-3p с андрогеновым рецептором. Заключение. МикроРНК miR-153 может рассматриваться как перспективный маркер ранних стадий РПЖ. Представляется важным изучение уровня miR-153 не только в биопсийном материале, но и в плазме крови, моче при РПЖ и гиперплазии.
Рак предстательной железы, диагностика, интроннаямикрорнк, mir-153, секвенирование
Короткий адрес: https://sciup.org/142231530
IDR: 142231530 | DOI: 10.29188/2222-8543-2021-14-4-44-48
Expression of intronic microRNA MIR-153 in prostate cancer
Introduction. The search for new markers for early diagnosis of prostate cancer (PCa) is an urgent task. The most promising substrate for research are microRNAs. Materials and methods. Study is based on the results of bioinformatic analysis of mRNA and microRNA sequencing of 184 PCa samples and 50 samples of conditionally healthy prostate tissue. Results. Among 182 differential PCa in T2x PCa, four pre-miRNA host genes were identified: AMH (hsa-mir-4321), MYH6 (hsa-mir-208), MYH7 (hsa-mir-208b), PTPRN (hsa-mir -153-1). Only the expression of hsa-miR-153-3p significantly differed between the comparison groups. Nine transcription factors that can regulate the expression of this microRNA have been identified: AR, CREB1, CTCF, ERG, ETV1, GABPA, MYC, SUMO2, TRIM24. Subsequent co-expression analysis showed a significant positive correlation of hsa-miR-153-3p expression with the androgen receptor. Conclusion. MicroRNA miR-153 can be considered as a promising marker of early stages of prostate cancer. It seems important to study the level of miR-153 not only in biopsy material, but also in blood plasma, urine of patients with prostate cancer and hyperplasia.
Текст научной статьи Экспрессия интронной микроРНК MIR-153 при раке предстательной железы
Рак предстательной железы (РПЖ) является одним из самых часто диагностируемых онкологических забо леваний и занимает 1-2 место в структуре заболеваемо сти мужского населения злокачественными новообра зованиями в разных странах [1].
Текущая скрининговая диагностика РПЖ вклю чает пальцевое ректальное исследование (ПРИ) и опре деление уровня простатспецифического антигена (ПСА) [2]. Данные методики широко распространены и являются простыми в применении,однако при этом обладают относительно низкими показателями чув ствительности и специфичности. Так, для ПСА эти по казатели не превышают по разным оценкам 70% и 50% соответственно [3]. А при значении ПСА равном 2-10 нг/мл (серая зона ПСА) специфичность составляет всего 25-45% [4]. Отсутствие более точных малоинва зивных прогностических методик приводит к большому количеству ненужных биопсий предстательной железы.
В практику внедряются новые диагностические методики, такие как оценка индекса PCA3 на основе исследования мочи. Чувствительность и специфичность индекса PCA3 далека от 100% и составляют по разным оценкам 52-82% и 79-89% соответственно [5].
Перспективным направлением развития малоинвазивной диагностики ранних стадий РПЖ является анализ уровня микроРНК. МикроРНК – малые некодирующие молекулы РНК длиной 18-25 нуклеотидов (в среднем 22), принимающие участие в транскрипционной и посттранскипционной регуляции экспрессии генов [6]. Не менее половины микроРНК человека закодировано в интронах так называемых генов-хозяев, многие из них транскрибируются одновременно с геном-хозяином [7]. Известно, что микроРНК, как внутри клетки, так и во внеклеточной среде, полностью экранированы от РНКаз белками-партнерами, принадлежащими к семейству Аргонавтов (AGO1-4), и поэтому обладают высокой стабильностью, в том числе во внеклеточном пространстве [7].
Ряд исследований демонстрируют диагностическую значимость определения микроРНК в моче при РПЖ.При этом микроРНК могут быть диагностическим фактором, увеличивающим чувствительность и специфичность при совместном анализе с другими мар- керами, такими как ПСА и PCA3 [8-10], а комбинации из нескольких микроРНК могут быть самостоятельным маркером и демонстрируют большую чувствительность и специфичность, чем ПСА [11-13]. В то же время ин формация о высокочувствительных микроРНК – мар керах ранних стадий РПЖ в моче практически отсутствует.
Целью настоящего исследования являлся поиск пар ген-хозяин –микроРНК специфичных для ранних ста дий рака предстательной железы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В исследование были включены результаты секве нирования мРНК и микроРНК 184 образцов РПЖ и 50 образцов условно здоровой ткани предстательной железы (табл. 1), полученных консорциумом TCGA Research Network:
Для формирования перечня интронных микроРНК геномные координаты микроРНК из базы miRBase 22.1 ; файл hsa.gff3) были пересечены со списками генов и экзонов аннотированной сборки человеческого генома GRCh38.p12 с помощью программы bedtools intersect версии 2.26.0. Интронными считали микроРНК, соответствующие пре-микроРНК, целиком лежащим в интронах, и направление транскрипции которых совпадало с направлением транскрипции гена-хозяина.
Таблица 1. Клиническая характеристика пациентов Table 1. Clinical characteristics of patients
|
Показатель Indicator |
Контроль Control |
Т2 |
|
N |
50 |
184 |
|
Возраст, лет Age, years |
059,0 ± 7,89 |
59,5 ± 7,13 |
|
Т |
||
|
pT2a |
0 |
0 |
|
pT2b |
0 |
7,7 |
|
pT2c |
0 |
0 |
|
N |
||
|
н.д. / no data |
– |
42 (22,8%) |
|
pN0 |
– |
139 (75,5%) |
|
pN1 |
– |
3 (1,6%) |
|
M |
||
|
н.д. / no data |
– |
14 (7,6%) |
|
cM0 |
– |
170 (92,4%) |
|
Индекс Глиссона / Gleason score |
||
|
3 + 3 |
– |
31 (16,8%) |
|
3 + 4 |
– |
93 (50,5%) |
|
3 + 5 |
– |
5 (2,7%) |
|
4 + 3 |
– |
32 (17,4%) |
|
4 + 4 |
– |
13 (7,1%) |
|
4 + 5 |
– |
9 (4,9%) |
|
5 + 3 |
– |
1 (0,5%) |
Биоинформационный анализ данных осуществ ляли в среде статистических вычислений R. Значимость различий в экспрессии генов и микроРНК оценивали c помощью алгоритма DEseq2 [14]. Анализ представлен ности групп генов (GSEA) осуществляли с помощью пакета программного обеспечения fgsea и базы данных Molecular Signatures Database [15-17]. Анализ промото ров осуществляли с помощью базы данных TransmiR v2.0 [18].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Анализ результатов секвенирования мРНК в об разцах РПЖ Т2х и условно здоровой ткани предста тельной железы выявил 182 дифференциально представленных генов. Анализ представленности групп генов (GSEA) показал, что дифференциально представ ленные в РПЖ гены MYOM3, NEB, KLHL41, MYH3, TCAP, TNNC1, принадлежат к биологическому про цессу «Сократительные волокна» (GO:CONTRAC TILE_FIBER) (табл. 2). При РПЖ экспрессия данных генов подавлена, что может быть связано с ремодели рованием ткани предстательной железы, замещением гладкомышечных клеток опухолевыми [19].
Среди 182 дифференциально представленных при Т2х РПЖ выявлено четыре гена-хозяина пре-мик роРНК: AMH (hsa-mir-4321), MYH6 (hsa-mir-208), MYH7 (hsa-mir-208b), PTPRN (hsa-mir-153-1). После дующий анализ результатов секвенирования мик роРНК в образцах РПЖ показал, что экспрессия только hsa-miR-153-3p значимо различалась между группами сравнения (контроль: 1,1±0,8 log 2 CPM; T2x 2,6±0,9 log2CPM, p = 2.2x10-16).
Несмотря на то, что микроРНК hsa-miR-153-3p закодирована в 19 интроне гена PTPRN, их экспрессия в парных результатах секвенирования мРНК и мик роРНК не коррелирует, что позволяет предположить наличие у hsa-miR-153-3p собственного промоторного участка и фактора транскрипции. Анализ базы данных TransmiR v2.0 позволил выявить девять факторов транскрипции, способных регулировать экспрессию данной микроРНК: AR, CREB1, CTCF, ERG, ETV1, GABPA, MYC, SUMO2, TRIM24. Последующий анализ коэкспрессии показал значимую положительную кор реляцию экспрессии hsa-miR-153-3p с андрогеновым ре цептором (ген AR, R2 = 0,27, p = 2,7x10-4), являющимся транскрипционным фактором, и U3 убиквитин-про теин лигазой TRIM24 (ген TRIM24, R2 = 0,4, p = 3,5x10-8), транскрипционным кофактором, способным взаимо действовать с AF2 доменом ряда ядерных рецепторов, в том числе и андрогенового рецептора [20].
ОБСУЖДЕНИЕ
В результате анализа результатов секвенирования 184 образцов РПЖ и 50 образцов условно здоровой ткани предстательной железы выявлена пара ген-хо зяин PTPRN и его интронная микроРНК hsa-miR-153-3p, экспрессия которых значимо повышена при РПЖ.
Ген PTPRN кодирует трансмембранную фосфоти розин фосфотазу. Предыдущие исследования показали, что PTPRN выявляется в секреторных гранулах остров ков поджелудочной железы и других нейроэндокрин ных клеток, что, вполне возможно, объясняет его значительную корреляцию с диабетом [21].
В ряде исследований демонстрирована связь между PTPRN и некоторыми онкологическими заболе ваниями. Так, в исследовании G. Zangyuan и соавт. была выявлена отрицательная связь PTPRN с выживае мостью пациентов с гепатоцелюлярным раком [22]. По данным, полученным D. Bauerschlag и соавт., гиперме тилирование PTPRN также связано с более короткой выживаемостью у пациентов с раком яичников [23]. А в исследовании A. Shergalis и соавт. продемонстриро вано, что высокая экспрессия PTPRN при мелкоклеточ ном раке легкого связана с ростом и пролиферацией опухоли. Также ими было обнаружено, что высокая экспрессия PTPRN тесно связана с плохим прогнозом у пациентов с глиобластомами [24].
В исследовании Z. Wu и соавт. при исследовании 105 образцов опухолевой ткани предстательное железы и сравнении их с 28 образцами без атипичных клеток, было установлено, что hsa-miR-153-3p сверхэкспресси руется в ткани с наличием рака предстательной железы. Так же была исследована возможная биологическая функция hsa-miR-153-3p [25].
Таблица 2. Экспрессия генов, принадлежащих к биологическому процессу «Сократительные волокна», в группах сравнения Table 1. Expression of genes belonging to the biological process «Contractile fibers» in the comparison groups
|
Название гена Gene name |
Контроль, log2FPKM Control, log2FPKM |
Т2х, log2FPKM |
р |
|
MYOM3 |
0,3±0,7 |
0,2±0,7 |
8,9x10-6 |
|
NEB |
0,7±1,1 |
0,4±0,8 |
– |
|
KLHL41 |
1,2±1,6 |
0,8±1,2 |
8,2x10-4 |
|
MYH3 |
1,6±1,4 |
1,1±1,3 |
5,3x10-4 |
|
TCAP |
1,6±1,9 |
1,1±1,7 |
0,046 |
|
TNNC1 |
2,3±2,1 |
1,6±1,8 |
4,4x10-5 |
Исследование показало, что избыточная экспрессия hsa-miR-153-3p способствует переходу клеточного цикла и пролиферации клеток, тогда как ингибирование hsa-miR-153-3p снижает этот эффект. Более того, сверхэкспрессия hsa-miR-153-3p в клетках рака предстательной железы увеличивает переходный промотор G1/S, экспрессию циклина D1 и снижает экспрессию ингибитора циклин-зависимой киназы (CDK), p21Cip1. Так же было продемонстрировано, что hsa-miR-153-3p непосредственно нацелена на ген-супрессор опухоли PTEN, активирует AKT киназу и снижает активность транскрипции FOXO1. Эти результаты показывают, что hsa-miR-153-3p играет важную роль в стимулировании пролиферации клеток рака предстательной железы и представляет новый механизм прямого подавления экспрессии PTEN в клетках.
C.W. Bi и соавт. исследовали уровень экспрессии hsa-miR-153-3p в раковой ткани предстательной железы и связь между экспрессией hsa-miR-153-3p, клинико-патологическими факторами и прогнозом пациентов. Экспрессию hsa-miR-153-3p в 143 образцах раковой ткани и прилегающих незлокачественных тканях предстательной железы измеряли с помощью анализа qRT-PCR. Результаты показали, что экспрессия hsa-miR-153-3p была значительно увеличена в раковых тканях предстательной железы по сравнению с прилегающими доброкачественными тканями. Экспрессия hsa-miR-153-3p считалась высокой или низкой в соответствии с пороговым значением,которое определялось как медиана когорты. Чтобы исследовать клиническое значение hsa-miR-153-3p, была оценена связь между экспрессией hsa-miR-153-3p и клиниче- скими патологическими особенностями. Было вы явлено, что высокая экспрессия hsa-miR-153-3p в рако вых тканях предстательной железы тесно коррелировала с агрессивными клиническими патоло гическими параметрами, такими как боле высокая оценка по шкале Глисона, метастазирование в лимфа тические узлы, кости. Пациенты с РПЖ с высокой экс прессией hsa-miR-153-3p имели более низкую 5-летнюю общую выживаемость по сравнению с пациентами с низкой экспрессией hsa-miR-153-3p. Примечательно, что многомерный регрессионный анализ Кокса пока зал, что экспрессия hsa-miR-153-3p была независимым фактором для прогнозирования 5-летней общей выжи ваемости пациентов с РПЖ. Эти данные показали, что hsa-miR-153-3p может быть прогностическим марке ром [26].
В рамках проведенного исследования нами на значительной выборке пациентов продемонстрирована повышенная экспрессия hsa-miR-153-3p в образцах раннего РПЖ, установлена взаимосвязь уровня экс прессии hsa-miR-153-3p, экспрессии андрогенового ре цептора и U3 убиквитин-протеин лигазы TRIM24.
ВЫВОДЫ
МикроРНК hsa-miR-153-3p может рассматри ваться в качестве перспективного маркера ранних ста дий РПЖ. Необходимо изучение уровня hsa-miR-153-3p не только в образцах РПЖ, но и в плазме крови, моче для рассмотрения вопроса ее использовании в качестве малоинвазивного маркера РПЖ.
ЛИТЕ РАТУPA/REFEREN CE S
Список литературы Экспрессия интронной микроРНК MIR-153 при раке предстательной железы
- Злокачественные новообразования в России в 2018 году (заболеваемость и смертность); под. ред. Каприна А.Д., Старинского В.В., Петровой Г.В. Москва 2019; 250 с. [Malignant neoplasms in Russia in 2018 (morbidity and mortality); Ed. Kaprin A.D., Starinskiy V.V., Petrova G.V. Moscow, 2019; 250 s. (in Russian)].
- Woolf SH. The accuracy and effectiveness of routine population screening with mammography, prostate-specific antigen, and prenatal ultrasound: a review of published scientific evidence. Int J Technol Assess Health Care 2001;17(3): 275–304. https://doi.org/10.1017/s0266462301106021.
- Schröder FH, van der Maas P, Beemsterboer P, Kruger AB, Hoedemaeker R, Rietbergen J, et al. Evaluation of the digital rectal examination as a screening test for prostate cancer. Rotterdam section of the European Randomized Study of Screening for Prostate Cancer. J Natl Cancer Inst 1998;90(23):1817–1823.
- Bhavsar T, McCue P, Birbe R. Molecular diagnosis of prostate cancer: are we up to age? Semin Oncol 2013;40(3):259–275. https://doi.org/10.1053/ j.seminoncol.2013.04.002.
- Raja N, Russell CM, George AK. Urinary markers aiding in the detection and risk stratification of prostate cance. Transl Androl Urol 2018;7(S4):S436–S442. https://doi.org/10.21037/tau.2018.07.01.
- Makarova JA, Shkurnikov MU, Wicklein D, Lange T, Samatov TR, Turchinovich AA, et al. Intracellular and extracellular microRNA: An update on localization and biological role. Prog Histochem Cytochem 2016; 51(3-4):33–49. https://doi.org/10.1016/j.proghi.2016.06.001.
- Makarova JA, Shkurnikov MU, Turchinovich AA, Tonevitsky AG, Grigoriev AI. Circulating microRNAs. Biochem 2015;80(9):1117–1126. https://doi.org/10.1134/S0006297915090035.
- Salido-Guadarrama AI, Morales-Montor JG, Rangel-Escareño C, Langley E, Peralta-Zaragoza O, Cruz Colin JL., et al. Urinary microRNA-based signature improves accuracy of detection of clinically relevant prostate cancer within the prostate-specific antigen grey zone. Mol Med Rep 2016;13(6):4549-4560. https://doi.org/10.3892/mmr.2016.5095.
- Korzeniewski N, Tosev G, Pahernik S, Hadaschik B, Hohenfellner M, Duensing S. Identification of cell-free microRNAs in the urine of patients with prostate cancer. Urol Oncol 2015;33(1):16.e17-16.e22. https://doi.org/10.1016/ j.urolonc.2014.09.015.
- Casanova-Salas I, Rubio-Briones J, Calatrava A, Mancarella C, Masiá E, Casanova J, et al. Identification of miR-187 and miR-182 as biomarkers of early diagnosis and prognosis in patients with prostate cancer treated with radical prostatectomy. J Urol 2014;192(1):252-259. https://doi.org/10.1016/ j.juro.2014.01.107.
- Yun SJ, Jeong P, Kang HW, Kim Y-H, Kim E-A, Yan C, et al. Urinary MicroRNAs of prostate cancer: virus-encoded hsv1-miRH18 and hsv2-miR-H9-5p could be valuable diagnostic markers. Int Neurourol J 2015;19(2):74-84. https://doi.org/10.5213/inj.2015.19.2.74.
- Stuopelyte K, Daniunaite K, Bakavicius A, Lazutka JR, Jankevicius F, Jarmalaite S. The utility of urine-circulating miRNAs for detection of prostate cancer. Br J Cancer 2016;115(6):707–715. https://doi.org/10.1038/bjc.2016.233.
- Bryant RJ, Pawlowski T, Catto JWF, Marsden G, Vessella RL, Rhees B, et al. Changes in circulating microRNA levels associated with prostate cancer. Br J Cancer 2012;106(4):768–774. https://doi.org/10.1038/bjc.2011.595.
- Love MI, Huber W, Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol 2014;15(12):550. https://doi.org/10.1186/s13059-014-0550-8.
- Korotkevich G, Sukhov V, Budin N, Shpak B, Artyomov M, Sergushichev A. Fast gene set enrichment analysis. bioRxiv. Cold Spring Harbor Laboratory 2016; P. 060012. https://doi.org/10.1101/060012.
- Liberzon A, Birger C, Thorvaldsdóttir H, Ghandi M, Mesirov JP, Tamayo P. The Molecular Signatures Database Hallmark Gene Set Collection. Cell Syst 2015;1(6):417–425. https://doi.org/10.1016/j.cels.2015.12.004.
- Subramanian A, Tamayo P, Mootha VK, Mukherjee S, Ebert BL, Gillette MA, et al. Gene set enrichment analysis: A knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proc Natl Acad Sci 2005;102(43):15545–15550. https://doi.org/10.1073/pnas.0506580102.
- Tong Z, Cui Q, Wang J, Zhou Y TransmiR v2.0: an updated transcription factor-microRNA regulation database. Nucleic Acids Res 2019;47(D1):D253–D258. https://doi.org/10.1093/nar/gky1023.
- Vilamaior PSL., Taboga SR, Carvalho HF. Modulation of smooth muscle cell function: morphological evidence for a contractile to synthetic transition in the rat ventral prostate after castration. Cell Biol Int 2005;29(9):809–816. https://doi.org/10.1016/j.cellbi.2005.05.006.
- Uo T, Plymate SR, Sprenger CC. The potential of AR-V7 as a therapeutic target. Expert Opin Ther Targets 2018;22(3):201-216. https://doi.org/10.1080/14728222.2018.1439016.
- Lan MS. Assignment of the IA-2 gene encoding an autoantigen in IDDM to chromosome 2q35. Diabetologia 1996;39(8):1001-1002. https://doi.org/10.1007/ BF00403923.
- Zhangyuan G, Yin Y, Zhang W, Yu W, Jin K, Wang F, et al. Prognostic value of phosphotyrosine phosphatases in hepatocellular carcinoma. Cell Physiol Biochem 2018;46(6):2335-2346. https://doi.org/10.1159/000489625.
- Bauerschlag DO, Ammerpohl O, Bräutigam K, Schem C, Lin Q, Weigel MT, et al. Progression-free survival in ovarian cancer is reflected in epigenetic DNA methylation profiles. Oncology 2011;80(1-2):12-20. https://doi.org/10.1159/000327746.
- Shergalis A, Bankhead A, Luesakul U, Muangsin N, Neamati N. Current challenges and opportunities in treating glioblastoma. Pharmacol Rev 2018;70(3):412–445. https://doi.org/10.1124/pr.117.014944.
- Wu Z, He B, He J, Mao X. Upregulation of miR-153 promotes cell proliferation via downregulation of the PTEN tumor suppressor gene in human prostate cancer. Prostate 2013;73(6):596-604. https://doi.org/10.1002/pros.22600.
- Bi C, Zhang G, Bai Y, Zhao B, Yang H. Increased expression of miR-153 predicts poor prognosis for patients with prostate cancer. Medicine (Baltimore) 2019;98(36):e16705. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000016705.
