СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ГИПЕРПРОЛИФЕРАТИВНЫХ СОСТОЯНИЙ И ОЦЕНКИ РИСКА РАЗВИТИЯ РАКА ШЕЙКИ МАТКИ ПРИ ЦЕРВИКАЛЬНОЙ ИНТРАЭПИТЕЛИАЛЬНОЙ НЕОПЛАЗИИ И ПАПИЛЛОМАВИРУСНОМ НОСИТЕЛЬСТВЕ НА ОСНОВЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЕЙ МРНК ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ГЕНОВ ЧЕЛОВЕКА
DIAGNOSTIC TECHNIQUE FOR HYPERPROLIFERATIVE CONDITIONS AND METHOD FOR ASSESSING RISK OF CERVICAL CANCER ACCOMPANYING CERVICAL INTRAEPITHELIAL NEOPLASIA AND PAPILLOMA VIRUS CARRIER STATE BY DETERMINIG MRNA OF FUNCTIONAL HUMAN GENE COMPLEX

1. Область техники
Изобретение относится к области медицины, гинекологии и молекулярной биологии и может быть использовано для диагностики гиперпролиферативных состояний и оценки риска развития рака шейки матки (РТТТМ) при цервикальной интраэпителиальной неоплазии (ЦИН) и носительстве вируса папилломы человека (ВПЧ) у женщин репродуктивного возраста.
2.Уровень техники
Внутриэпителиальные поражения плоского эпителия слабой и высокой степени выраженности (LSIL - Low-Grade Squamous Intraepitelial Lesions и HSIL - High-Grade Squamous Intraepitelial Lesions) могут рассматриваться как последовательные стадии неопластической трансформации эпителия шейки матки с высокой вероятностью регрессии при LSIL. Большинство случаев данных поражений эпителия и порядка 99,7% случаев рака шейки матки ассоциируются с вирусом папилломы человека высокого онкогенного риска [Walboomers J.M. et al., 1999].
Базовым методом диагностики РШМ и предраковых состояний является цитологический метод (ПАП-тест). Однако он имеет некоторые ограничения. Иногда встречаются незначительные изменения структуры клеток (мазки типа ASC-US), которые невозможно интерпретировать однозначно. В качестве дополнительного метода, особенно при неопределенных результатах цитологического исследования, используется ВПЧ-тестирование, основанное на детекции ДНК вируса. ДНК-анализ вместе с цитологическим исследованием является «золотым стандартом» в диагностике папилломавирусного поражения шейки матки.
INK4A
Около 50% женщин хотя бы раз в жизни инфицируются ВПЧ. В то же время большая часть инфекций проходит бесследно в течение 1-2 лет после появления, только в около 10% случаев наличие инфекционного агента сохраняется в течение нескольких лет, именно в этих случаях велика вероятность диагностирования предраковых состояний [Schiffman М., 2007]. Временной интервал с момента инфицирования ВПЧ до развития РШМ обычно занимает более 10 лет [Wentzensen N. and S.J. Klug, 2008]. Предсказать, в каком случае инфекция исчезнет, а в каком будет развиваться, невозможно. В настоящее время предпринимаются попытки обнаружения других, более специфичных маркеров, прогнозирующих риски развития неопластической трансформации. Уже идентифицирован ряд потенциальных маркеров, например KI67 (MKI67) и P16 (CDKN2A), а также мРНК вирусных белков Е6, Е7, определение которых может внести существенный вклад в диагностику, прогноз и лечение цервикального поражения.
INK4A
В основе механизмов неопластической трансформации клеток эпителия рассматривают гиперэкспрессию вирусных белков Е6 и Е7, возникающую при интеграции ДНК вируса в геном клетки хозяина. При этом оказывается утерянной часть генома вируса, регулирующая экспрессию Е6 и Е7. Е6 взаимодействует с опухолевым супрессором р53 и активатором апоптоза ВАК, блокируя их активность. Е7 разрушает pRB, что приводит к высвобождению E2F и повышению экспрессии P16 (CDKN2A). Кроме того, Е7 стимулирует циклины А и Е, характерные для S-фазы, и блокирует ингибиторы циклин-зависимых киназ WAF1 и KIP1. Также Е7 индуцирует амплификацию центриолей, провоцируя анеуплоидии, способствующие развитию опухоли [zur Hausen H., 2000].
Тест-система APTIMA HPV Assay для определения 14 типов вирусной мРНК Е6, Е7 высокого онкогенного риска зарегистрирована Управлением по Контролю за Качеством Пищевых продуктов и Лекарственных средств США (FDA) 28 октября 2011 года (регистрационный номер Р 100042) в качестве дополнительного теста с целью определения групп высокого риска развития РШМ при ВПЧ-носительстве для женщин старше 30 лет и в случае мазков типа ASC-US.
Учитывая влияние вирусных белков Е6, Е7 на функциональную активность генома клеток хозяина, можно предположить, что, измеряя экспрессионный профиль генов человека, можно определить спектры экспрессии мРНК таких генов, которые будут соответствовать повышенному риску неопластической трансформации. Прежде всего, это могут быть спектры, сходные со спектрами экспрессии мРНК в раковых клетках.
Из данных отечественной литературы, патентов и патентных заявок на использование измерения уровня мРНК генов для диагностики гиперпролиферативных состояний и оценки риска развития РШМ при ЦИН и ВПЧ-носительстве не известно.
Близкими являются следующие патенты:
- СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВАРИАНТА РАЗВИТИЯ ЦЕРВИКАЛЬНОЙ ИНТРАЭПИТЕЛИАЛЬНОЙ НЕОПЛАЗИИ ШЕЙКИ МАТКИ I СТЕПЕНИ (ЦИН I) №RU 2409322 С1 от 20.01.2011. Для прогнозирования варианта развития цервикальной интраэпителиальной неоплазии I степени (ЦИН I) определяют экспрессию P16ink4 (CDKN2A). Дополнительно оценивают кольпоскопическую картину с использованием индекса Reid, системы Coppleson, определяют степень распространенности койлоцитоза в биоптате;
- СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРЕДРАКОВЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ШЕЙКИ МАТКИ У ЖЕНЩИН С ПАПИЛЛОМАВИРУСНОЙ ИНФЕКЦИЕЙ №RU 2310197 С1 от 10.11.2007. Прекратил действие 17.02.12. Суть метода: серийные срезы слизистой оболочки шейки матки женщин с папилломавирусной инфекцией исследуют иммуногистохимическим методом: обрабатывают по стрептавидин-биотиновому пероксидазному методу и инкубируют с антителами к антигену ядер пролиферирующих клеток - PCNA и к ингибитору апоптоза BCL-2.
3. Описание изобретения
Предложен способ диагностики гиперпролиферативных состояний и оценки риска развития РШМ при цервикальной интраэпителиальной неоплазии и носительстве вируса папилломы человека по представленности мРНК отдельных генов в клетках переходного эпителия цервикального канала.
В частности, в ходе исследования 143 образцов переходного эпителия цервикального канала женщин без поражений эпителия шейки матки, с HSIL, LSIL, РШМ и ВПЧ-носительством были выбраны наиболее информативные онкомаркеры диагностики гиперпролиферативных состояний, а также предложен способ оценки риска развития РШМ при цервикальной интраэпителиальной неоплазии и носительстве вируса папилломы человека путем определения уровня мРНК генов MKI67, CDKN2A, MYBL2, CCNB1, BIRC5, AURKA, ESR1, PGR, BCL2, ВАХ, BAG1, PTEN, CD68 и PTGS2 по сравнению с уровнем представленности мРНК референсных генов.
В клетках переходного эпителия цервикального канала женщин с РШМ по сравнению с контрольной группой достоверно возрастает относительное количество мРНК MKI67 в 14 раз, CDKN2A в 9 раз, MYBL2, CCNB1, BIRC5, AURKA в 3-4 раза при нормировке по уровню мРНК стабильно представленных транскриптов референсных генов (В2М, GUSB, ТВР или HPRT1). При этом происходит достоверное понижение экспрессии мРНК ESR1 и PGR в 34 и 45 раз соответственно, а также BCL2, ВАХ, BAG1, PTEN, CD68, PTGS2 соответственно в 5.4, 2.5, 2.2, 2.1, 3 и 8.2 раза по сравнению с контрольной группой. (рисунок 1).
Уровень представленности мРНК предлагаемых генов при ЦИН и ВПЧ-носительстве может служить дополнительно исследуемым параметром при диагностике заболеваний шейки матки.
Для оценки уровня представленности мРНК исследуемых генов в мазках можно использовать метод полимеразной цепной реакции с предварительной стадией обратной транскрипции, в том числе метод полимеразной цепной реакции с регистрацией накопления продуктов реакции в режиме «реального времени» (ПЦР-РВ).
На основании экспериментальных данных при сравнении женщин с РШМ и условно-здоровых женщин без изменений переходного эпителия могут быть получены соотношения мРНК с повышенной и пониженной экспрессией генов, построена математическая модель, позволяющая вычислить значение канонической линейной дискриминантной функции (КЛДФ) для каждого клинического образца. С помощью ROC-анализа может быть выбрано пороговое значение (точка cut-off), которое позволяет дискриминировать контрольную группу и группу с РШМ. Значения показателей КЛДФ выше cut-off следует классифицировать как маркер риска развития РШМ.
В качестве примера выбрана модель, описывающая соотношение уровней экспрессии 4 генов: MKI67, CDKN2A, PGR и ВАХ.
Значение функции может быть определено по формуле:
у=1,2*lg[CDKN2A]/[BAX]-lg[PGR]/[MKI67]-1,
где [CDKN2A]/[BAX] - отношение уровней экспрессии мРНК CDKN2A и ВАХ;
[PGR]/[MKI67] - отношение уровней экспрессии мРНК прогестеронового рецептора и MKI67.
Полученные автоматически в ходе реакции значения пороговых циклов генов (Ср) позволяют определить соотношения уровней экспрессии двух генов (формула 1, формула 2). На основании соотношений вычисляется значение линейной дискриминантной функции (ЛДФ) (формула 3). Если значение ЛДФ≤0, делается заключение о низком риске неопластической трансформации. При значении ЛДФ>0 риск неопластической трансформации может быть определен как повышенный.
∧
[CDKN2A]/[ВАХ]=2(Cp bax-Cp cdkn2a) (формула 1),
где [CDKN2A]/[ВАХ] - отношение уровней экспрессии мРНК CDKN2A и ВАХ;
Ср cdkn2a - значение порогового цикла CDKN2A в образце;
Ср bax - значение порогового цикла ВАХ в образце.
2
[РGR]/[MKI67]=∧(Ср mki67-Cp pgr) (формула 2),
где [PGR]/[KI67] - отношение уровней экспрессии мРНК прогестеронового-рецептора и MKI67;
Ср mki67 - значение порогового цикла MKI67 в образце;
Ср pgr - значение порогового цикла PGR в образце.
Уравнение линейной дискриминантной функции (ЛДФ):
у=1,2*lg[CDKN2A]/[ВАХ]-lg[PGR]/[MKI67]-1 (формула 3),
где [CDKN2A]/[ВАХ] - отношение уровней экспрессии мРНК CDKN2A и ВАХ (формула 1);
[PGR]/[KI67] - отношение уровней экспрессии мРНК прогестеронового рецептора и MKI67 (формула 2).
4. Реализация изобретения
Взятие материала из цервикального канала и с поверхности экзоцервикса производят стерильной щеткой-эндобрашем с обязательным прицельным захватом клеток со всех подозрительных участков, включая стык цилиндрического и плоского эпителия. Щетку помещают в пластиковую пробирку объемом 1,5 мл, в которую предварительно внесено 500 мкл транспортной среды (3М раствор гуанидинтиоционата), вращают щетку в течение 10-15 секунд, избегая разбрызгивания раствора. Вынимают щетку из раствора, прижимая его к стенке пробирки и, отжав избыток жидкости, удаляют зонд и закрывают пробирку. Выделение РНК проводят согласно Инструкции с применением Комплекта реагентов для выделения РНК и ДНК «ПРОБА-НК/ПРОБА-НК-ПЛЮС» (ЗАО "НПФ ДНК-Технология", Россия, регистрационное удостоверение №ФСР 2010/08867 от 21.09.2010 г, ТУ 9398-035-46482062-2009). Полученные препараты РНК желательно сразу использовать для постановки реакции обратной транскрипции.
2
Обратную транскрипцию проводят согласно Инструкции с использованием AMV-обратной транскриптазы (Fermentas, Литва, кат №ЕР0641) в комплектации с 5 × буфером для обратной транскрипции (состав: 250 mM Tris-HCl (pH 8.5 at 25°C), 40 тМ MgCl, 150 тМ KCl, 5 mM DTT). В состав ОТ-смеси входят дНТФ в конечной концентрации 0,2 мМ каждого и смесь случайных гексамеров в конечной концентрации 0,5 рМ.
Для определения уровня представленности РНК исследуемых генов используют метод ПЦР «в реальном времени» в стандартных условиях с праймерами, специфичными к последовательностям определяемых РНК. Праймеры для ПЦР-амплификации подобраны с учетом структуры генов с целью исключения коамплификации геномной ДНК, чтобы избежать необходимости использования стадии обработки образцов ДНК-азой. Конечный объем реакционной смеси - 35 мкл. Конечный состав реакционной смеси: 66 мМ трис-HCl, pH 8,8, 16,6 мМ аммония сульфат, 0,01% Tween-20, 0,001% желатин, 3 мМ хлористый магний, по 250 мкМ каждого из дНТФ по 12,5 пмоль каждого праймера и зонда, 0,8 единиц Taq-полимеразы.
Для повышения чувствительности и специфичности реакции предусмотрено применение «горячего» старта, который обеспечивается методикой приготовления реакционной смеси, состоящей из двух слоев, разделенных слоем парафина. Нижний слой содержит дНТФ, праймеры и зонд, верхний - матрицу и Taq-полимеразу. Смешение слоев и превращение их в реакционную смесь происходит только при плавлении парафина, что исключает неспецифический отжиг праймеров на ДНК-мишени при начальном прогреве пробирки.
Проявку накопления продуктов реакции проводят с помощью флуоресцентно-меченных олигонуклеотидов (зондов) или интекалирующих красителей. Нормированные значения, соответствующие уровню представленности транскриптов каждого гена, можно рассчитывать с помощью метода ΔΔΔCq.
Пример использования изобретения
Результаты рассчитанных значений функции приведены на рис.2. Все пациентки контрольной группы и пациентки с РШМ по результатам классификации были определены в свои группы.
Только одна из 23 пациенток с ПВИ была определена в группу риска развития РШМ (4%). У данной пациентки определено сочетание 7 типов вируса высокого онкогенного риска, включая ВПЧ 16 типа. При общей невысокой суммарной вирусной нагрузке (2 копии вируса на клетку) определена повышенная экспрессия вирусной мРНК Е6, Е7 (свыше 10000 относительных единиц).
Из 35 пациенток с LSIL 4 были определены в группу риска развития РШМ (11%). Во всех 4 случаях выявлен ВПЧ высокого онкогенного риска, в 2 случаях сопровождавшийся экспрессией вирусной мРНК Е6, Е7, в двух других случаях исследование на наличие вирусной мРНК не проводилось.
10 пациенток из 38 с HSIL были определены в группу риска развития РШМ (26%). Во всех 10 случаях выявлен ВПЧ высокого онкогенного риска, в 9 случаях сопровождавшийся высоким уровнем экспрессии вирусной мРНК Е6, Е7(Ме=13000 о.е.), в одном случае исследование на наличие вирусной мРНК не проводилось.
Рисунок 1. Профиль представленности мРНК функциональных генов в мазках переходного эпителия цервикального канала женщин с РШМ относительно здорового контроля. По оси «x» перечислены гены. Значение медианы уровня экпрессии мРНК в контрольной группе принято за 1 о.е. По оси «у» отложено значение медианы уровня экпрессии мРНК в группе с РШМ (данная величина показывает, во сколько раз количество мРНК выше, чем в контрольной группе). Столбцы, направленные вверх, свидетельствуют о повышении экспрессии, вниз - о понижении,
Рисунок 2. Экспериментально полученные значения функции для мазков цервикального канала женщин с РШМ, HSIL, LSIL, ВПЧ-носительством и здорового контроля. По оси «x» отложены значения функции, по оси «y» - группа исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Castle РЕ, Jeronimo J, Rodriguez AC, Wacholder S. Human papillomavirus and cervical cancer. Lancet. 2007 Sep 8; 370(9590):890-907.
2. zur Hausen, H., Papillomaviruses causing cancer: evasion from host-cell control in early events in carcinogenesis. J Nati Cancer Inst, 2000. 92(9): p.690-8.
3. Walboomers, J.M., et al., Human papillomavirus is a necessary cause of invasive cervical cancer worldwide. J Pathol, 1999. 189(1): p.12-9.
4. Wentzensen, N. and S.J. Klug, Early detection of cervical carcinomas: finding an overall approach. Dtsch Arztebl Int, 2008. 105(37): p.617-22.