Особенности регуляции транскрипционной активности генов раково-тестикулярных антигенов при раке желудка

Введение. Рак желудка остается серьезной проблемой здравоохранения. Гены раково-тестикулярных антигенов (РТ-гены) при данной патологии могут быть перспективными мишенями для иммунотерапии из-за их ограниченной экспрессии в нормальных тканях. Большую роль в регуляции экспрессии РТ-генов при раке желудка играют сети эндогенных конкурентно взаимодействующих РНК (ceRNAs). Эти сети сложны и требуют комплексного биоинформатического и экспериментального анализов.
Цель исследования – биоинформатический анализ с последующей валидацией экспрессии РТ-генов и ее регуляции в злокачественных опухолях желудка.
Материалы и методы. Данные для биоинформатического этапа исследования взяты из базы Gene Expression Omnibus (GEO). Идентификацию дифференциально экспрессирующихся генов осуществляли с помощью GEO2R, микроРНК, таргетирующих гены-мишени, – с использованием метода машинного обучения Random forest. Также проводили анализ взаимодействия микроРНК и длинных некодирующих РНК (lncRNAs). Клиническим материалом для экспериментального этапа исследования послужили опухолевые и условно нормальные ткани 100 пациентов с гистологически подтвержденным диагнозом «рак желудка». Величины относительной экспрессии 6 РТ-генов (MAGEA10, MAGEA2, MAGEA12, MAGEA3, MAGEA6, MAGEH1), а также таргетирующих их микроРНК и lncRNAs определяли методом полимеразной цепной реакции в реальном времени.
Результаты. С использованием GEO2R обнаружены 18 617 дифференциально экспрессирующихся локусов, включая кодирующие белки гены, микроРНК и lncRNAs. Выявлено изменение экспрессии 6 РТ-генов: MAGEA10, MAGEA2, MAGEA12, MAGEA3, MAGEA6 и MAGEH1, взаимодействующих с 40 микроРНК, которые, в свою очередь, взаимодействуют с 17 lncRNAs. В опухолевой ткани пациентов обнаружены повышение экспрессии генов MAGEA10, MAGEA3 и MAGEA6 (p <0,0001), снижение экспрессии miR-1207-5p, -6858-5p, -3127-3p, -3940-3p, -6807-3p, -3085-3p, -3934-5p, -4488, -4530, -6777-3p и -99a-3p (p <0,0001), увеличение экспрессии miR-7113-3p, miR-874-3p, а также повышение экспрессии LINC01089, AC145285.6, GAS5, AC005034.3, AL691447.2 (p <0,001) и снижение экспрессии SNHG14, AC002101.1, SLC9A3-AS1 и AL118506.1 (p <0,001). На основании полученных данных построена модель регуляторной сети для РТ-генов при раке желудка.
Заключение. Продемонстрированы нарушения в сети конкурентно-взаимодействующих РНК РТ-генов при аденокарциноме желудка. Полученные данные имеют большое значение для понимания фундаментальных механизмов регуляции РТ-генов, а также для совершенствования подходов к иммунотерапии (новые мишени и регуляторные молекулы) и диагностики (новые молекулярные маркеры) этого заболевания.

1. Ilic M., Ilic I. Epidemiology of stomach cancer. World J Gastroenterol 2022;28(12):1187–203. DOI: 10.3748/wjg.v28.i12.1187

2. Sun H., Wang Y., Wang S. et al. The involvement of collagen family genes in tumor enlargement of gastric cancer. Sci Rep 2023;13(1):100. DOI: 10.1038/s41598-022-25061-0

3. Oue N., Hamai Y., Mitani Y. et al. Gene expression profile of gastric carcinoma: identification of genes and tags potentially involved in invasion, metastasis, and carcinogenesis by serial analysis of gene expression. Cancer Res 2004;64(7):2397–405. DOI: 10.1158/0008-5472.can-03-3514

4. Li L., Zhu Z., Zhao Y. et al. FN1, SPARC, and SERPINE1 are highly expressed and significantly related to a poor prognosis of gastric adenocarcinoma revealed by microarray and bioinformatics. Sci Rep 2019;9(1):7827. DOI: 10.1038/s41598-019-43924-x

5. Takahashi Y., Fukuyama T., Futawatari N. et al. Expression of kitakyushu lung cancer antigen-1 as detected by a novel monoclonal antibody in gastric cancer. Anticancer Res 2019;39(11):6259–63. DOI: 10.21873/anticanres.13835

6. Кутилин Д.С., Могушкова Х.А. Влияние противоопухолевых антибиотиков антрациклинового ряда на транскрипционную активность раково-тестикулярных антигенов в модельном эксперименте на клеточной линии HeLa. Медицинская иммунология 2019;21(3):539–46.

7. Водолажский Д.И., Кутилин Д.С., Могушкова Х.А., Кит О.И. Транскрипционный профиль раковотестикулярных антигенов у больных раком молочной железы. Медицинская иммунология 2018;20(3):383–90. DOI: 10.15789/1563-0625-2018-3-383-390 V

8. Кутилин Д.С., Кит О.И. Зависимость выживаемости и метастазирования у больных колоректальным раком от транскрипционной активности РТ-генов. Сибирский онкологический журнал 2022;21(1):37–46. DOI: 10.21294/1814-4861-2022-21-1-37-46

9. Futawatari N., Fukuyama T., Yamamura R. et al. Early gastric cancer frequently has high expression of KK-LC-1, a cancer-testis antigen. World J Gastroenterol 2017;23(46):8200–6. DOI: 10.3748/wjg.v23.i46.8200

10. Chen Y., Panarelli N., Piotti K., Yantiss R. Cancer-testis antigen expression in digestive tract carcinomas: frequent expression in esophageal squamous cell carcinoma and its precursor lesions. Cancer Immunol Res 2013;2(5):480–6. DOI: 10.1158/2326-6066.CIR-13-0124

11. Guo L., Song C., Wang P. et al. Competing endogenous RNA networks and gastric cancer. World J Gastroenterol 2015;21(41):11680–7. DOI: 10.3748/wjg.v21.i41.11680

12. Wu H.J., Dai W.-W., Wang L.-B. et al. Comprehensive analysis of the molecular mechanism for gastric cancer based on competitive endogenous RNA network. World J Traditional Chinese Med 2023;9(1):29–42. DOI: 10.4103/2311-8571.355010

13. Кит О.И., Енгибарян М.А., Гварамия А.К. и др. Генетические и эпигенетические предикторы чувствительности плоскоклеточного рака языка к препаратам платины. Вестник Российской академии медицинских наук 2024;79(6):490–506. DOI: 10.15690/vramn2337

14. Love M.I., Huber W., Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biol 2014;15(12):550. DOI: 10.1186/s13059-014-0550-8

15. Davis S., Meltzer P.S. GEOquery: a bridge between the Gene Expression Omnibus (GEO) and BioConductor. Bioinformatics 2007;23(14):1846–7. DOI: 10.1093/bioinformatics/btm254

16. Kutilin D.S., Gusareva M.A., Kosheleva N.G., Kit O.I. Regulatory network of competitively interacting RNAs and effectiveness of rectal tumors radiotherapy. Klin Onkol 2022;35(4):297–306. DOI: 10.48095/ccko2022297

17. Кит О.И., Водолажский Д.И., Кутилин Д.С., Гудуева Е.Н. Изменение копийности генетических локусов при раке желудка. Молекулярная биология 2015;49(4):658–66. DOI: 10.7868/S0026898415040096

18. Кутилин Д.С., Димитриади С.Н., Водолажский Д.И. и др. Влияние тепловой ишемии-реперфузии на экспрессию апоптозрегулирующих генов в почечной ткани больных с почечноклеточным раком. Нефрология 2017;21(1):80–6. DOI: 10.24884/1561-6274-2017-21-1-80-86

19. 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

20. Кутилин Д.С. Регуляция экспрессии генов раково-тестикулярных антигенов у больных колоректальным раком. Молекулярная биология 2020;54(4):580–95. DOI: 10.31857/S0026898420040096

21. 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

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

23. 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

24. Valmori D., Dutoit V., Rubio-Godoy V. et al. Frequent cytolytic T-cell responses to peptide MAGE-A10 (254–262) in melanoma. Cancer Res 2001;61(2):509–12.

25. Gevorkyan Y.A., Kutilin D.S., Kit O.I. et al. Copy number variation and expression of CT-genes in patients with colorectal cancer. Available at: https://www.asco.org/abstracts-presentations/ABSTRACT295213

26. Batchu R.B., Gruzdyn O., Potti R.B. et al. MAGE-A3 with cellpenetrating domain as an efficient therapeutic cancer vaccine. Jama Surg 2014;149(5):451–7. DOI: 10.1001/jamasurg.2013.4113

27. Wang L., Xu Y., Luo C. et al. MAGEA10 gene expression in nonsmall cell lung cancer and A549 cells, and the affinity of epitopes with the complex of HLA-A(*)0201 alleles. Cell Immunol 2015;297(1):10–8. DOI: 10.1016/j.cellimm.2015.05.004

28. Liu M., Li J., Wang Y. et al. MAGEA6 positively regulates MSMO1 and promotes the migration and invasion of oesophageal cancer cells. Exp Ther Med 2022;23(3):204. DOI: 10.3892/etm.2022.11127

29. Kuldkepp A., Karakai M., Toomsoo E. et al. Cancer-testis antigens MAGEA proteins are incorporated into extracellular vesicles released by cells. Oncotarget 2019;10(38):3694–708. DOI: 10.18632/oncotarget.26979

30. Kuldkepp A., Karakai M., Toomsoo E. et al. Cancer-testis antigens MAGEA proteins are incorporated into extracellular vesicles released by cells. Oncotarget 2019;10(38):3694–708. DOI: 10.18632/oncotarget.26979

31. The Human Protein Atlas. Available at: https://www.proteinatlas.org/

32. Decoster L., Wauters I., Vansteenkiste J.F. Vaccination therapy for non-small-cell lung cancer: review of agents in phase III development. Ann Oncol 2011;23(6):1387–93. DOI: 10.1093/annonc/mdr564

33. Peled N., Oton A.B., Hirsch F.R., Bunn P. MAGE A3 antigenspecific cancer immunotherapeutic. Immunotherapy 2009;1(1): 19–251. DOI: 10.2217/1750743X.1.1.19

34. Use of MAGE A3-protein D fusion antigen in immunotherapy combined with surgery, chemotherapy or radiotherapy for the treatment of cancer. (Patent US20100008980 – 2008-01-08). Retrieved 2012-10-16.

35. Gao X., Li Q., Chen G. et al. MAGEA3 promotes proliferation and suppresses apoptosis in cervical cancer cells by inhibiting the KAP1/p53 signaling pathway. Am J Transl Res 2020;12(7):3596–612.

36. Pan S.J., Ren J., Jiang H. et al. MAGEA6 promotes human glioma cell survival via targeting AMPKα1. Cancer Lett 2018;412:21–9. DOI: 10.1016/j.canlet.2017.09.051

37. Zhu H., Jiang Cw., Zhang Wl. et al. Targeting oncogenic MAGEA6 sensitizes triple negative breast cancer to doxorubicin through its autophagy and ferroptosis by stabling AMPKα1. Cell Death Discov 2024;10(1):430. DOI: 10.1038/s41420-024-02196-9

38. Tsang Y.H., Mills G.B. The roles of MAGEA6 variants in pancreatic cancer development and their potential impact on cancer immunotherapy. Autophagy 2020;16(10):1923–4. DOI: 10.1080/15548627.2020.1802091

39. Tsang Y.H., Wang Y., Kong K. et al. Differential expression of MAGEA6 toggles autophagy to promote pancreatic cancer progression. Elife 2020,9:e48963. DOI: 10.7554/eLife.48963

40. Shukla S.A., Bachireddy P., Schilling B. et al. Cancer-germline antigen expression discriminates clinical outcome to CTLA-4 blockade. Cell 2018,173(3):624–33.e8. DOI: 10.1016/j.cell.2018.03.026

41. Pineda C.T., Ramanathan S., Fon Tacer K. et al. Degradation of AMPK by a cancer-specific ubiquitin ligase. Cell 2015,160(4):715–28. DOI: 10.1016/j.cell.2015.01.034

42. Pineda C.T., Potts P.R. Oncogenic MAGEA-TRIM28 ubiquitin ligase downregulates autophagy by ubiquitinating and degrading AMPK in cancer. Autophagy 2015;11(5):844–6. DOI: 10.1080/15548627.2015.1034420

43. Mohsenzadegan M., Razmi M., Vafaei S. et al. Co-expression of cancer-testis antigens of MAGE-A6 and MAGE-A11 is associated with tumor aggressiveness in patients with bladder cancer. Sci Rep 2022;12(1):599. DOI: 10.1038/s41598-021-04510-2

44. Кутилин Д.С., Гусарева М.А., Кошелева Н.Г. и др. Нарушения в регуляторной сети конкурентно-взаимодействующих РНК и радиорезистентность опухолей прямой кишки. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований 2021;11:12–29. DOI: 10.17513/mjpfi.13306

45. Abdelsattar Z.M., Wong S.L., Regenbogen S.E. et al. Colorectal cancer outcomes and treatment patterns in patients too young for average-risk screening. Cancer 2016;122(6):929–34. DOI: 10.1002/cncr.29716

46. Cao C., Zhang T., Zhang D. et al. The long noncoding RNA, SNHG6-003, functions as a competing endogenous RNA to promote the progression of hepatocellular carcinoma. Oncogene 2017;36(8):1112. DOI: 10.1038/onc.2016.278