Мутационный статус генов BRCA

На сегодняшний день гены BRCA1 и BRCA2 (BReast CAncer 1 и 2) достаточно известны и прочно ассоциируются с наследственной формой рака молочных желез и яичников (РМЖ/РЯ). Мутационные изменения BRCA1 и 2 встречаются примерно у 1 из 300–500 женщин и составляют 5–10 % случаев РМЖ и 15 % случаев РЯ. Взаимосвязь этих заболеваний была обнаружена еще в 1948 году на основании клинических данных. Позже, в 1990 году, была выявлена ассоциация РМЖ с участком 17-й хромосомы. Одновременно развивалось понимание того, что РМЖ и РЯ ассоциированы с одним и тем же генетическим фактором. Далее, по мере развития генетических технологий и сужения зоны поиска, в октябре 1994 года был идентифицирован ген BRCA1. Примерно в то же время был обнаружен и BRCA2 (в сентябре 1994 года), идентификация которого заняла около года. Таким образом, были выявлены гены, аберрации в которых имеют одну из самых высоких пенетрантностей (пенетрантность — вероятность фенотипических проявлений гена) среди всех опухолевых синдромов [1].

BRCA1 и 2 — это классические онкосупрессоры, функционально входящие в состав «ремонтной бригады» ДНК.

Ген BRCA1 (как и большинство генов, имеет много синонимичных названий: BRCAI, BRCC1, BROVCA1, FANCS, IRIS, PNCA4, PPP1R53, PSCP, RNF53) «живет» на длинном плече 17-й хромосомы в позиции 17q21. Этот район содержит большое количество повторяющихся последовательностей, что является основным механизмом возникновения крупных перестроек в этом гене. Аберрации в гене BRCA1с высокой вероятностью (до 72 %) приводят к развитию РМЖ и РЯ. Кроме того, этот ген ассоциирован с риском развития рака фаллопиевых труб, поджелудочной железы, простаты, брюшины.

Кодируемый белок вовлечен в большое количество процессов жизни клетки. BRCA1 участвует в прохождении клеткой контрольных точек между G1-S и G2-M1, регуляции транскрипции, перестройке хроматина, вероятно, входит в холофермент РНК-полимеразы II. Главная роль BRCA1 — обеспечение ДНК-репарации двухцепочечных разрывов по механизму гомологичной рекомбинации (ГР). Гомологичная рекомбинация — это обмен генетическим материалом между двумя молекулами ДНК, которые имеют гомологичные друг другу нуклеотидные последовательности. Отсутствие данного способа (являющегося также консервативным) запускает другие пути репарации, по типу негомологичного соединения концов. Эти альтернативные механизмы более подверженные ошибкам, что приводит к нестабильности генома, а впоследствии к канцерогенезу.

Ген BRCA2 (FANCD1, FAD, BROVCA2, BRCC2, FAD1, FANCB, FANCD, GLM3, PNCA2) базируется на длинном плече 13-й хромосомы в позиции 13q12.3. Его поломки с высокой вероятностью (до 80 %) ведут к РМЖ или РЯ, повышают риск развития рака груди у мужчин, рака поджелудочной железы, простаты и других тканей. Главной функцией белка BRCA2 является регуляция ядерной локализации белка-рекомбиназы RAD51. Этот комплекс инициирует процесс ГР. Также в его функции входит контроль правильности прохождения фазы митоза клеткой.

Оба гена имеют значительный размер и большое количество экзонов (кодирующих нуклеотидных последовательностей) в своем составе [2].

В медицинской генетике вместо терминов «мутация» и «полиморфизм» используется «вариант нуклеотидной последовательности» с указанием одной из пяти возможных классов модификаций: 5 — патогенный (pathogenic), 4 — вероятно патогенный (likely pathogenic), 3 — неопределенного значения (uncertain significance), 2 — вероятно доброкачественный (likely benign), 1 — доброкачественный (benign). Именно так классифицируются описанные структуры генов в базах данных [3].

При исследовании структуры генов BRCA в лабораторном отчете рекомендуется указывать только варианты 5 и 4 классов. То есть выявление у пациента изменений в нуклеотидной последовательности должно быть интерпретировано в соответствии с имеющимися данными секвенирования. При отсутствии обнаруженного варианта в имеющихся базах данных и литературных источниках его значимость необходимо проанализировать с помощью компьютерных (in silico) программ предсказаний патогенности [4].

В период с 1995 по 2019 год в широко используемой базе данных ClinVar описано более 12000 вариаций в генах BRCA1и BRCA2. Около 5000 считаются вариантами, повышающими риск развития РМЖ и/или РЯ [5]. Изменения в каждом из таких вариантов имеют различное влияние на строение и функции кодируемых белков, что связано с их сложной структурой и широким спектром выполняемых функций.

Значительную часть структурных нарушений BRCA относят к точечным, небольшим делециям/инсерциям (выпадение/вставка одного или нескольких нуклеотидов). Спектр мутационных перестроек генов BRCA1 и BRCA2 различен в зависимости от принадлежности к этническим группам и географическому региону. У некоторых народов они встречаются чаще, чем у других, то есть наблюдается так называемый «эффект основателя» (found-effect). Большинство вариантов приводит к сдвигу рамки считывания матричной РНК и синтезу укороченного нефункционального белка. Частые мутационные перестройки объединяют термином hotspot. Наиболее распространенным вариантом является 5382insC — добавление (инсерция) одного нуклеотида — цитозина — в позиции 5382 в 20 экзоне гена BRCA1. Образуется «преждевременный» стоп-кодон в позиции 1829. В итоге синтезируется укороченный белок BRCA1 с нарушенной функцией. Данная перестройка является причиной значительного (от 68 до 90 %) числа случаев семейного РМЖ и РЯ в России. Также у российских пациентов с РМЖ и РЯ отмечены частая встречаемость аллелей BRCA1 4154delA (вероятно, имеет славянское «происхождение») и BRCA1 185delAG (также распространена у евреев ашкенази). Это делеции (утрата) нуклеотидов: 4154delA — аденина; 185delAG — аденина и гуанина [6]. Для ВRCA2 также характерны варианты, приводящие к сдвигу рамки считывания: 6174delT — делеция тимина; 886delGT — делеция двух нуклеотидов (гуанина и тимина) [7].

Мутационные перестройки могут быть герминальными и соматическими.

Герминальные изменения нуклеотидной последовательности обнаруживаются во всех клетках тела, наследуются от одного из родителей или возникают de novo на самых ранних этапах эмбриогенеза. Вероятность передачи потомству составляет 50 %.

Соматические перестройки возникают только в одной клетке организма, которая может подвергнуться злокачественной трансформации и стать родоначальницей опухолевого клона. Передача потомству в этом случае исключена.

Тип нарушений крайне важен для диагностики. Соматические изменения проявляются только в опухолевом материале, но не в других тканях организма, например, в венозной крови или буккальном (щечном) эпителии (биоматериал для выявления наследственной предрасположенности к раку молочной железы и яичников) [1].

При наследственных формах РМЖ и РЯ для инициации опухолевого роста, помимо герминальной мутации, необходима инактивация второго аллеля, которая происходит в соматической клетке. Если же вторая копия гена не повреждена, клетка не будет испытывать дефицит функции BRCA. Механизмы инактивации могут быть как генетическими (мутационные изменения), так и эпигенетическими (главным образом, аномальное метилирование ДНК или белков-гистонов) [7].

Наследственные формы РМЖ и РЯ имеют аутосомно-доминантный тип наследования с высокой (неполной, то есть не 100 %) пенетрантностью, более ранним (относительно спорадических форм) возрастом манифестации, передачей как по материнской, так и по отцовской линии и выраженной генотипической и фенотипической гетерогенностью [8].

Молекулярно-генетические исследования для определения вариантов нуклеотидной последовательности генов ВRCA1 и 2 необходимы при выявлении у пациента старше 18 лет в процессе сбора анамнеза одного из перечисленных ниже факторов.

1. Индивидуальный анамнез:

• ранний РМЖ (до 50 лет);
• двусторонний (синхронный, метахронный) РМЖ;
• рак яичников в любом возрасте, рак фаллопиевых труб и первичный рак брюшины;
• первично-множественные злокачественные новообразования, в том числе сочетание РМЖ и РЯ.

2. Онкологически отягощенный семейный анамнез:

• ≥ 1 случая РМЖ, РЯ, рака поджелудочной железы и/или предстательной железы у родственников I или II степени родства (степень родства характеризуется числом рождений, отделяющих родственников одного от другого).
• Подтвержденное носительство мутационных вариантов BRCA1, BRCA2 у родственников I или II степени родства.

3. Особые случаи:

• Наличие сочетанных доброкачественных заболеваний молочной железы и яичников.
• Наличие доброкачественных заболеваний молочной железы при подготовке к беременности.
• Лечение бесплодия с использованием вспомогательных репродуктивных технологий.
• По личной просьбе женщины.

Комплекс обязательных диагностических процедур при обнаружении 4 и 5 класса модификаций вариантов генов ВRCA1 и 2:

• врачебный осмотр, включающий более полный сбор семейного анамнеза;
• маммография в 2 проекциях;
• МРТ молочных желез;
• ультразвуковое исследование молочных желез;
• ультразвуковое исследование органов малого таза;
• определение уровней сывороточных онкомаркеров СА125 (сancer аntigen 125 — антигенная детерминанта муцина 16), НЕ-4 (4 (human epididymis protein 4, белок 4 эпидидимиса человека) при образованиях яичников, труб, брюшины;
• консультация гинеколога (гинеколога-эндокринолога);
• консультация медицинского генетика;
• трепан-биопсия молочных желез с морфологическим и иммуногистохимическим исследованием препаратов (рецепторы эстрогенов, прогестерона и андрогенов, Ki-67, p63, p53, S100, циклин D1) при наличии патологических очагов, диагностированных при УЗИ и/или маммографическом исследовании [8, 9].

Дальнейшая тактика:

1. Профилактический мониторинг (наблюдение);

2. Риск-редуцирующая химиотерапия и хирургия [9].

В группе высокого риска у носителей патологических вариантов BRCA1 и 2 отмечается эффект проспективных хирургических вмешательств. Двусторонняя мастэктомия связана со снижением заболеваемости РМЖ на 90–100 %, а также со снижением смертности [10].

Двусторонняя овариэктомия ассоциирована со снижением заболеваемости раком яичников от 81 % до 100 % в различных исследованиях. Выраженный протективный результат овариоэктомии — снижение риска развития РМЖ на 82 % — отмечен только у носительниц мутаций BRCA2 моложе 50 лет. BRCA1-ассоциированные варианты РМЖ имеют негативный статус рецепторов стероидных гормонов и, соответственно, гормон-независимый рост, что объясняет неэффективность овариэктомии [11].

Селективные модуляторы эстрогеновых рецепторов (тамоксифен) эффективны у носителей BRCA2 мутационных перестроек, так как в 77 % случаев у них развивается РМЖ с экспрессией рецепторов эстрогена (ЭР-позитивный). Перспективным считается использование препаратов новых поколений, не имеющих нежелательных эстрогеновых эффектов на другие ткани. Например, ралоксифена, который лишен агонистической эстрогенной активности в отношение эндометрия [12].

Рассматриваются механизмы восстановления нормальной экспрессии генов BRCA. Индол-3-карбинол является мультитаргетным препаратом, одна из мишеней которого — опухоль-супрессорный ген BRCA1. На гормон-чувствительных и гормон-резистентных опухолевых клетках молочной железы было показано, что индол-3-карбинол дозозависимым образом повышал уровень экспрессии белка BRCA1, а также соответствующей мРНК. 3,3’-дииндолилметан (продукт конденсации индол-3-карбинола) также обнаруживает способность повышать экспрессию гена BRCA1 в клеточных линиях РМЖ [13].

Опухолевые клетки с мутированными вариантами BRCA имеют дефект системы репарации ДНК, что является их слабым местом. Это может быть использовано при выборе химиотерапии. Например, препараты на основе платины (карбоплатин, цисплатин) вносят одно- и двунитевые разрывы в ДНК клеток, что служит «смертельным» ударом для BRCA-дефектной клетки [14].

Помимо непосредственного повреждения ДНК, эффективно дополнительное выключение механизмов репарации. Важное значение имеют белки семейства PARP (поли(АДФ-рибоза)-полимераз) — многофункциональные ферменты, которые играют ключевую роль в восстановлении одноцепочечных разрывов ДНК. Ингибиторы PARP (олапариб, нирапариб, велипариб, талазопариб, рукапариб) действуют по принципу синтетической летальности. Два гена (или продукты этих генов) считаются синтетически летальными, если мутация одного из генов совместима с жизнеспособностью, а мутация обоих приводит к гибели. То есть нарушение работы PARP при наличии дефекта BRCA приводит к гибели только раковых клеток и не затрагивает здоровые клетки [15].

Возрастание роли медико-генетического консультирования в онкологической практике — закономерное следствие расширения знаний о канцерогенезе. Генетические исследования могут расширить диагностические возможности и терапевтические ресурсы. При всей перспективности данных технологий необходимо составление клинических рекомендаций с четкими стратегиями ведения пациентов, так как истинная ценность генетических данных не в их огромном объеме и соответствии тенденциям Big Data, а в правильной интерпретации и клинической эффективности полученной информации.


Источники: 

1. Brose M.S.et al. Genetic Basis of Cancer Syndromes. In: Kufe D.W., Pollock R.E., Weichselbaum R.R., et al., editors. Holland-Frei Cancer Medicine. 6th edition. Hamilton (ON): BC Decker; 2003. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK12959/
2. Stoppa-Lyonnet D. The biological effects and clinical implications of BRCA mutations: where do we go from here? Eur J Hum Genet. 2016;24 Suppl 1:S3-9.
3. Ristevski B., Chen M. Big Data Analytics in Medicine and Healthcare. J Integr Bioinform. 2018 May;15(3).
4. American Society of Breast Surgeons (ASBrS).Consensus Guideline on Genetic Testing for Hereditary Breast Cancer. ASBrS website. https://www.breastsurgeons.org/docs/statements/ Consensus-Guideline-on-Genetic-Testing-for- Hereditary-Breast-Cancer.pdf. Accessed 2019.
5. http://clinvar.com/
6. Медико-генетическое консультирование и ДНК-диагностика при наследственной предрасположенности к раку молочной железы и раку яичников / Л.Н. Любченко, Е.И. Батенева – М., ИГ РОНЦ; 2014.
7. Tsaousis G.N.et al. Analysis of hereditary cancer syndromes by using a panel of genes: novel and multiple pathogenic mutations. BMC Cancer. 2019;19(1):535.
8. Tung N.M., Garber J.E. BRCA1/2 testing: therapeutic implications for breast cancer management. Br J Cancer. 2018;119(2):141-152.
9. US Preventive Services Task Force. Risk Assessment, Genetic Counseling, and Genetic Testing for BRCA-Related Cancer: US Preventive Services Task Force Recommendation Statement. JAMA. 2019;322(7):652–665.
10. Nelson H.D.et al.Medication Use for the Risk Reduction of Primary Breast Cancer in Women: A Systematic Review for the US Preventive Services Task Force. Rockville, MD: Agency for Healthcare Research and Quality; 2019.
11. Flippo-Morton T. et al. Surgical decision making in the BRCA-positive population: institutional experience and comparison with recent literature. Breast J. 2016;22(1):35-44.
12. Provinciali N., Suen C., Dunn B.K., DeCensi A. Raloxifene hydrochloride for breast cancer risk reduction in postmenopausal women. Expert Rev Clin Pharmacol. 2016;9(10):1263-1272.
13. Thomson C.A., Ho E., Strom M.B. Chemopreventive properties of 3,3’-diindolylmethane in breast cancer: evidence from experimental and human studies. Nutr. Rev. 2016; 74(7): 432-43.
14. Nicolas E. et al. Targeting BRCA Deficiency in Breast Cancer: What are the Clinical Evidences and the Next Perspectives?. Cancers (Basel). 2018;10(12):506.
15. Faraoni I., Graziani G. Role of BRCA Mutations in Cancer Treatment with Poly(ADP-ribose) Polymerase (PARP) Inhibitors. Cancers (Basel). 2018;10(12). pii: E487.