Дифференциальная экспрессия микроРНК и их генов-мишеней при цервикальных интраэпителиальных неоплазиях разной степени тяжести

Введение. В настоящее время недостаточно известно о специфических микроРНК (мкРНК), задействованных в развитии цервикальной интраэпителиальной неоплазии I, II, III степеней тяжести (CIN1, 2, 3) и переходе к карциноме in situ (CIS). Проведенный нами ранее метаанализ позволил выделить 8 мкРНК (hsa-miR-1246, hsa-miR-145-5p, hsa-miR-196b-5p, hsa-miR-34a-5p, hsa-miR-20a-5p, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-375-5p, hsa-miR-96-5p), обладающих потенциальной значимостью в прогрессировании предраковых заболеваний в рак шейки матки.
Цель исследования – анализ особенностей экспрессии hsa-miR-1246, hsa-miR-145-5p, hsa-miR-196b-5p, hsa-miR-34a-5p, hsa-miR- 20a-5p, hsa-miR-21-5p, hsa-miR-375-5p, hsa-miR-96-5p и их генов-мишеней, а также генов, ассоциированных с ними в общих сигнальных путях, в тканях шейки матки у пациенток с CIN1–3 и CIS.
Материалы и методы. Для оценки уровня экспрессии мкРНК и матричной РНК использовали метод количественной полимеразной цепной реакции в режиме реального времени. Анализ данных проводили на языке программирования Python с использованием библиотеки SciPy. Поиск генов-мишеней осуществляли с помощью алгоритма TarPmiR и анализировали избыточную представленность мкРНК в сигнальных путях (Over-Representation Analysis). Для выявления генов, ассоциированных с генами-мишенями в общих сигнальных путях, использовали алгоритмы GIANT (Genome-scale Integrated Analysis of gene Networks in Tissues) и «сетевая интеграция с несколькими ассоциациями».
Результаты. Для мкРНК miR-145, miR-196b, miR-34a, miR-20a, miR-21, miR-375 и miR-96 обнаружено снижение экспрессии в подгруппе пациенток с CIS, при этом для 4 мкРНК (miR-145, miR-34a, miR-20a и miR-375) выявлено увеличение уровня экспрессии при CIN1, 2. Обнаруженные особенности экспрессии мкРНК в подгруппах пациенток с CIN1–3 и CIS были ассоциированы с экспрессией их генов-мишеней (CDKN2A, MKI67, TOP2A и CD82), а также генов, связанных с ними в общих сигнальных путях (PGK1, THBS4 (TSP4) и ECM1).
Заключение. Результаты исследования позволили установить, что каждая степень CIN характеризуется особым молекулярным профилем – дифференциальной экспрессией мкРНК, их генов-мишеней и генов, ассоциированных с ними в общих сигнальных путях.

1. Ferlay J., Colombet M., Soerjomataram I. et al. Estimating the global cancer incidence and mortality in 2018: GLOBOCAN sources and methods. Int J Cancer 2019;144(8):1941–53. DOI: 10.1002/ijc.31937.

2. Bosch F.X., Broker T.R., Forman D. et al. Comprehensive control of human papillomavirus infections and related diseases. Vaccine 2013;31(7):1–31. DOI: 10.1016/j.vaccine.2013.10.003.

3. McCredie M.R., Paul C., Sharples K.J. et al. Consequences in women of participating in a study of the natural history of cervical intraepithelial neoplasia 3. Aust N Z J Obstet Gynaecol 2010;50(4):363–70. DOI: 10.1111/j.1479-828X.2010.01170.x.

4. Доброхотова Ю.Э., Боровкова Е.И. Международные алгоритмы ведения пациенток с дисплазией шейки матки. Гинекология 2018;20(5):27–32. DOI: 10.26442/2079-5696_2018.5.27-32. [Dobrokhotova Yu.E., Borovkova E.I. International algorithms for the management of patients with uterine cervical dysplasia. Ginekologiya = Gynecology 2018;20(5):27–32. (In Russ.)].

5. Димитриади Т.А., Бурцев Д.В., Дженкова Е.А., Кутилин Д.С. МикроРНК как маркеры прогрессирования предраковых заболеваний в рак шейки матки. Современные проблемы науки и образования 2020:1. Доступно по: http://science-education.ru/ru/article/view?id=29529 (дата обращения 29.05.2020). DOI: 10.17513/spno.29529. [Dimitriadi T.A., Burtsev D.V., Dzhenkova E.A., Kutilin D.S. MicroRNA as markers of pre-cancer diseases progression in cervical cancer. Sovremennye problem nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education 2020:1. Available at: http://science-education.ru/ru/article/view?id=29529(accessed 29.05.2020). (In Russ.)].

6. Wilting S.M., Steenbergen R.D., Tijssen M. et al. Chromosomal signatures of a subset of high-grade premalignant cervical lesions closely resemble invasive carcinomas. Cancer Res 2009;69(2):647–55. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-08-2478.

7. Chomczynski P., Sacchi N. The singlestep method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenolchloroform extraction: twenty-something years on. Nat Protoc 2006;1(2):581–5. DOI: 10.1038/nprot.2006.83.

8. Кутилин Д.С., Никитин И.С., Кит О.И. Особенности экспрессии генов некоторых транскрипционных факторов при малигнизации тканей тела матки. Успехи молекулярной онкологии 2019;6(1):57–62. DOI: 10.17650/2313-805X-2019-6-1-57-62. [Kutilin D.S., Nikitin I.S., Kit O.I. Features of some transcription factors gene expression in the malignancy tissues of the corpus uteri. Uspekhi molekulyarnoy onkologii = Advances in Molecular Oncology 2019;6(1):57–62. (In Russ.)].

9. Balcells I., Cirera S., Busk P.K. Specific and sensitive quantitative RT-PCR of miRNAs with DNA primers. BMC Biotechnol 2011;11(1):70. DOI: 10.1186/1472-6750-11-70.

10. Vandesompele J., De Preter K., Pattyn F. et al. Accurate normalization of real-time quantitative RT-PCR data by geometric averaging of multiple internal control genes. Genome Biol 2002;3(7):research0034. DOI:10.1186/gb-2002-3-7-research0034.

11. Peltier H.J., Latham G.J. Normalization of microRNA expression levels in quantitative RT-PCR assays: identification of suitable reference RNA targets in normal and cancerous human solid tissues. RNA 2008;14(5):844–52. DOI: 10.1261/rna.939908.

12. Shen Y., Li Y., Ye F. et al. Identification of miR-23a as a novel microRNA normalizer for relative quantification in human uterine cervical tissues. Exp Mol Med 2011;43(6):358–66. DOI: 10.3858/emm.2011.43.6.039.

13. Кутилин Д.С., Димитриади С.Н., Водолажский Д.И. и др. Влияние тепловой ишемии-реперфузии на экспрессию апоптоз-регулирующих генов в почечной ткани больных с почечноклеточным раком. Нефрология 2017;21(1):80–6. DOI:10.24884/1561-6274-2017-21-1-80-86. [Kutilin D.S., Dimitriadi S.N., Vodolazhsky D.I. et al. Effect of thermal ischemia-reperfusion on expression of apoptosis-regulating genes in the renal tissue of patients with renal cell carcinoma. Nefrologiya = Nephrology 2017;21(1):80–6. (In Russ.)].

14. Jones E., Oliphant E., Peterson P. SciPy: open source scientific tools for python, 2001. Available at: http://www.scipy.org/.

15. Ding J., Li X., Hu H. TarPmiR: a new approach for microRNA target site prediction. Bioinformatics 2016;32(18):2768–75. DOI: 10.1093/bioinformatics/btw318.

16. Backes C., Khaleeq Q.T., Meese E., Keller A. miEAA: microRNA enrichment analysis and annotation. Nucleic Acids Res 2016;44(W1):W110–6. DOI: 10.1093/nar/gkw345.

17. Greene C.S., Krishnan A., Wong A.K. et al. Understanding multicellular function and disease with human tissue-specific networks. Nat Genet 2015;47(6):569–76. DOI: 10.1038/ng.3259.

18. Кутилин Д.С., Кошелева Н.Г., Гусарева М.А. и др. Копийность генов как фактор радиорезистентности клеток аденокарциномы толстой кишки линии HT-29. Современные проблемы науки и образования 2019:5. Доступно по: http://science-education.ru/ru/article/view?id=29224 (дата обращения 22.05.2020). DOI: 10.17513/spno.29224. [Kutilin D.S., Kosheleva N.G., Gusareva M.A. et al. Gene copy number variation as a factor of radioresistance of colon adenocarcinoma cells of the line HT-29. Sovremennye problem nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education 2019:5. Available at: http://science-education.ru/ru/article/view?id=29224 (accessed 22.05.2020). (In Russ.)].

19. Wang Y., Chen L., Chen B. et al. Mammalian ncRNA-disease repository: a global view of ncRNA-mediated disease network. Cell Death Dis 2013;4(8):e765. DOI: 10.1038/cddis.2013.292.

20. Li B., Hu Y., Ye F. et al. Reduced miR-34a expression in normal cervical tissues and cervical lesions with high-risk human papillomavirus infection. Int J Gynecol Cancer 2010;20(4):597–604. DOI: 10.1111/IGC.0b013e3181d63170.

21. Shishodia G., Shukla S., Srivastava Y. et al. Alterations in microRNAs miR-21 and let-7a correlate with aberrant STAT3 signaling and downstream effects during cervical carcinogenesis. Mol Cancer 2015; 14:116. DOI: 10.1186/s12943-015-0385-2.

22. Li Y., Wang F., Xu J. et al. Progressive miRNA expression profiles in cervical carcinogenesis and identification of HPVrelated target genes for miR-29. J Pathol 2011;224(4):484–95. DOI: 10.1002/path.2873.

23. Bierkens M., Krijgsman O., Wilting S.M. et al. Focal aberrations indicate EYA2 and hsa-miR-375 as oncogene and tumor suppressor in cervical carcinogenesis. Genes Chromosomes Cancer 2013;52(1): 56–68. DOI: 10.1002/gcc.22006.

24. Zeng K., Zheng W., Mo X. et al. Dysregulated microRNAs involved in the progression of cervical neoplasm. Arch Gynecol Obstet 2015;292(4):905–13. DOI: 10.1007/s00404-015-3702-5.

25. Sheedy F.J. Turning 21: induction of miR-21 as a key switch in the inflammatory response. Front Immunol 2015;6:19. DOI: 10.3389/fimmu.2015.00019.

26. Колесников Е.Н., Максимов А.Ю., Кит О.И., Кутилин Д.С. Зависимость общей и безрецидивной выживаемости больных от молекулярно-генетического подтипа плоскоклеточного рака пищевода. Вопросы онкологии 2019;65(5):691–700. [Kolesnikov E.N., Maksimov A.Yu., Kit O.I., Kutilin D.S. Dependence of overall and relapse-free patients survival from molecular genetic subtype of esophageal squamous cell cancer. Voprosy onkologii = Problems in Oncology 2019;65(5):691–700. (In Russ.)].

27. Gan L., Meng J., Xu M. et al. Extracellular matrix protein 1 promotes cell metastasis and glucose metabolism by inducing integrin β4/FAK/SOX2/HIF-1α signaling pathway in gastric cancer. Oncogene 2018;37(6):744–55. DOI: 10.1038/onc.2017.363.

28. Martin C.M., Astbury K., McEvoy L. et al. Gene expression profiling in cervical cancer: identification of novel markers for disease diagnosis and therapy. Methods Mol Biol 2009;511:333–59. DOI: 10.1007/978-1-59745-447-6_15.

29. Zhou X.L., Wang M. Expression levels of survivin, Bcl-2, and KAI1 proteins in cervical cancer and their correlation with metastasis. Genet Mol Res 2015;14(4):17059–67. DOI: 10.4238/2015.December.16.6.

30. He Y., Luo Y., Zhang D. et al. PGK1-mediated cancer progression and drug resistance. Am J Cancer Res 2019;9(11):2280–302.

31. Li H., Shen H., Xu Q. et al. Expression of Pin1 and Ki67 in cervical cancer and their significance. J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci 2006;26(1):120–2. DOI: 10.1007/BF02828056.

32. Xu Z., Zhou Y., Shi F. et al. Investigation of differentially-expressed microRNAs and genes in cervical cancer using an integrated bioinformatics analysis. Oncol Lett 2017;13(4):2784–90. DOI: 10.3892/ol.2017.5766.