RAPORT ŞTIINŢIFIC 2012 (SINTEZA REZULTATELOR)

Transcript

1 RAPORT ŞTIINŢIFIC 2012 (SINTEZA REZULTATELOR) Asupra contractului CNCSIS nr. 144/ , cod PD_557 STUDIUL COMPARATIV AL EXPRESIEI GENICE, ÎN ŢESUTUL TUMORAL ŞI SĂNĂTOS, LA PURTĂTORII DE MUTAŢII ŞI POLIMORFISME ALE GENELOR DE PREDISPOZIŢIE LA CANCERUL MAMAR ŞI LA CANCERUL OVARIAN Director de proiect: Șef lucrări dr. Lucian NEGURĂ UNIVERSITATEA DE MEDICINA SI FARMACIE GR. T. POPA IASI Faza finală 2012 (etapă unică) 1. Identificarea si recrutarea pacienților, recoltarea de probe biologice si extracțiile de acizi nucleici pentru consolidarea unei colecții Identificarea si recrutarea pacientilor cu predispozitie ereditara la cancerul mamar si ovarian, precum si a martorilor sanatosi; semnarea de catre participantii la studiu a unui consimtamant informat. Pacienţii au fost identificaţi şi recrutaţi la nivelul cazuisticii diagnosticate cu cancer mamar si ovarian a Spitalelor Sf. Spiridon, Cuza-Voda si Elena Doamna din Iasi. Martorii sănătoşi au fost identificaţi şi recrutaţi, în aceleaşi grupe de vârstă, în urma rezultatelor negative la mamografie/ecografie mamară/ca125. Pacienţii cu cancer mamar şau/şi ovarian au fost grupaţi în următoarele categorii: - cazuri index cu predispoziţie ereditară la cancer mamar sau/şi ovarian (HBOC) - indivizi sănătoşi din familii cu predispoziţie ereditară la cancer mamar sau/şi ovarian (HBOC) - cazuri sporadice de cancer mamar sau/și ovarian - cazuri index de cancer multiplu (sân bilateral, sân/ovar, sân/stomac, sân/colon, etc.). Pentru stabilirea predispoziţiei ereditare, au fost luate în considerare anamneze familială ce prezentau un model Medeleean clar de transmitere ereditară a bolii (Scor INSERM sau cel puţin 3 cazuri de cancer mamar sau/şi ovarian în aceeaşi linie familială). Au fost recrutaţi prioritar pacienţii ce au dezvoltat boala la vârste foarte tinere (mai devreme de 35 de ani). O importanţă deosebită a fost acordată pacienţilor cu cancer mamar la care histopatologia tumorilor a arătat absenţa completă de receptori ER şi PR, precum şi absenţa expresiei proteinei HER2 (tumori triplu-negative). Consimţământul informat a fost semnat diferenţiat. În cazul pacienţilor cu predispoziţie ereditară la cancer mamar sau/şi ovarian (HBOC), consimţământul a inclus stabilirea unui diagnostic molecular cu privire la statutul genelor BRCA1 şi BRCA2. Cazurile sporadice şi martorii sănătoşi au semnat un consimţământ simplu de participare la un studiu de cercetare moleculară asupra cancerului. Formularele de consimţământ şi protocolul de lucru au primit acceptul comisiei de bioetică a UMF Grigore T Popa din Iaşi. La ora actuală există în evidenţa bazei de date, peste 120 de pacienţi (toate categoriile cumulate). În anul 2012, o atenţie sporită a fost acordată cazurilor aparținând la două categorii: - paciente diagnosticate cu cancer ovarian (serie consecutivă de 20 de cazuri, recrutate independent de criterii de istoric familial). La nivelul acestui grup, a fost realizată o analiză completă de secvență a genelor BRCA1 și BRCA2, precum și analiza expresiei genice pentru genele de interes, la nivelul ARN extras din sânge periferic. Scopul acestui demers a fost studiul comparativ al expresiei genice multiple, în funcție de variațiile de secvență BRCA observabile. - Paciente diagnosticate cu cancer mamar la vârstă timpurie (sub 50 de ani), pentru analiza comparativă a expresiei genice în țesutul tumoral, asociată cu studiul variantelor germinale de secvență BRCA. Pentru 3 paciente au fost disponibile atât sânge periferic (extracție ADN), țesut tumoral (extracție ARN) și totalitatea informațiilor clinice Recoltarea de probe biologice (sange periferic, punctii tisulare, etc.) si efectuarea extractiilor ADN si ARN; consolidarea colectiei de ARN total si ADN genomic. Atunci când a fost posibil, de la fiecare pacient au fost recoltaţi 12 ml sânge periferic, din care au fost extraşi simultan ADN genomic şi ARN total (2x5 ml sânge pentru extracţia ADN, 2x1 ml sânge pentru extracţia ARN). În cazurile în care probele de sânge periferic au fost mai mici, am folosit un volum minim de 200 μl sânge pentru extracţia ADN şi 100 μl sânge pentru extracţia ARN. Acizii nucleici au fost extraşi de preferinţă în aceeaşi zi cu recoltarea probei, în special în cazul ARN. Pentru extracţia ADN proba poate fi ţinută 1-2 zile la 4ºC. Atunci când a fost posibil, de la fiecare pacient operat au fost recoltaţi 300 mg ţesut tumoral/sănătos, din care au fost extraşi simultan ADN genomic tisular şi ARN total tisular (2x25 mg ţesut pentru extracţia ADN, 2x50 mg ţesut pentru extracţia ARN). Acizii nucleici au fost extraşi de preferinţă în aceeaşi zi cu recoltarea probei. Atunci când nu a fost posibil, proba chirurgicală a fost păstrată în soluţie de RNAlater, Sigma-Aldrich. În această soluţie, ARN este stabil 24 de ore la temperatura camerei, 3-4 zile la 4ºC, sau perioade mai lungi sub -20ºC. Acizii nucleici au fost extrași diferențial, conform optimizărilor efectuate în etapele precedente ale proiectului: - ADN din sânge periferic (5 ml) - Wizard Genomic DNA Purification Kit, Promega - ADN din sânge periferic (300 µl) - Wizard Genomic DNA Purification Kit, Promega 1

2 - ARN din sânge periferic (100 µl) - TRIZOL Reagent, Invitrogen - ADN din țesut tumoral (20 µg) - MasterPure TM Complete DNA and RNA Purification Kit, Epicentre - ARN din țesut tumoral (20 µg) - Wizard Genomic DNA Purification Kit, Promega Extracţiile au fost efectuate în duplicat. Estimarea cantităţii de ADN sau ARN a fost realizată spectrofotometric, prin măsurarea absorbanţei la 260 nm (acizi nucleici) şi la 280 nm (proteine), după o corecţie faţă de absorbanţa la 320 nm (background). Raportul DO 280 /DO 260 a fost un indicator al purităţii acizilor nucleici extraşi. 2. Analiza mutatiilor si a polimorfismelor BRCA la pacientii investigati 2.1. Screening al mutatiilor BRCA cunoscute prin tehnici moleculare directe precum PCR-multiplex, PCR- RFLP, HA, genoptipare SNP. Metodele de pre-screening optimizate și implementate în anii precedenți au fost aplicate și în 2012 pentru identificarea rapidă a mutațiilor recurente. Nici o mutație din cele identificate în prealabil nu a mai fost detectată prin aceste tehnici, prin urmare s-a procedat la secvențierea sistematică BRCA1 și BRCA2 pentru pacienții investigați Screening al polimorfismelor BRCA cunoscute prin tehnici moleculare directe precum PCR-multiplex, PCR- RFLP, HA, genoptipare SNP. Metodele de pre-screening optimizate și implementate în anii precedenți au fost aplicate și în 2012 pentru identificarea rapidă a polimorfismelor BRCA1 și BRCA2. În tabelul I sunt prezentate polimorfismele pe baza cărora au fost stabilite haplotipurile BRCA1. Tabelul I. Haplotipuri BRCA1 Monoletter SNP H1 H2 H3 H5 H6 H1-n H6-n HAPLOTYPE DESIGNATION Sequence variant a 2201C>T (Ser694Ser) b 2196G>A (Asp693Asn) c 2430T>C (Leu771Leu) d 2731C>T (Pro871Leu) g 3232A>G (Glu1038Gly) h 3667A>G (Lys1183Arg) i 4956A>G (Ser1613Gly) j 8IVS-58delT k 4427T>C (Ser1436Ser) l 1186A>G (Gln356Arg) n 07IVS-34C>T p 18IVS+66G>A r 5075G>A (Met1625Ile) Screening al mutatiilor si polimorfismelor BRCA necunoscute prin secventiere ADN. În anul 2012, activitatea principală desfășurată în cadrul prezentului proiect a fost legată de secvențierea completă a genelor BRCA1 și BRCA2, la un lot de 31 de paciente. Lotul a fost format din: - 20 de paciente cu cancer ovarian, serie consecutivă recrutată independent de criterii de istoric familial. Secvențierea a avut drept scop investigarea distribuției variantelor de secvență BRCA la nivelul cazuisticii regionale de cancer ovarian, precum și corelarea datelor de secvență cu datele de expresie genică în periferie, la aceiași pacienți. - 3 paciente cu cancer mamar declanșat timpuriu (sub 50 de ani), de la care au fost disponibile și probe de țesut tumoral. În acest lot, a fost realizată o corelare a datelor de secvență cu datele de expresie genică în tumoare. - 8 paciente cu cancer mamar familial, în scopul diagnosticului clinic molecular al predispoziției ereditare la cancerul mamar și la cancerul ovarian (HBOC). În tabelul II sunt prezentate variantele de secvență genică BRCA observate în lotul de 31 de pacienți analizați. Tabelul II. Variantele de secvență BRCA identificate în anul 2012 În scopul înțelegerii corelațiilor între variantele de secvență și patogenicitate sau boală, fiecare variantă a trebuit analizată metodic din punctul de vedere al efectului asupra structurii și funcției proteinei, localizării la nivel genic și proteic, conservării evolutive, toleranței substituționale ori efectului (bio)chimic preconizat. Toate acestea fac parte din analiza in-silico necesară pentru buna înțelegere a corelațiilor genotip-fenotip. La ora actuală, este binecunoscut faptul că nu toate variantele de secvență BRCA predispun la boală, majoritatea acestora fiind benigne și fără efect patologic. Ca efect fenotipic, la cele două extreme sunt situate mutațiile deletere și polimorfismele (SNP) comune. Sistemele moderne de clasificare a variațiilor de secvență utilizează valori de la 1 (clar nepatogenic, benign) până la 5 (clar patogenic, deleter), așa cum se poate observa din figura de mai jos. Aceste valori au o importanță deosebită în stabilirea diagnosticului molecular, cu implicații în prevenție, tratament, terapie, profilaxie și în monitorizarea oncogenetică a pacienților și a familiilor acestora. 2

3 Analiza in-silico a fost realizată, considerând scorul Grantham în cazul substituţiilor, cu ajutorul unor softuri dedicate: Alamut (Interactive Biosoftware TM ), ESEfinder, GVGD alignment, SIFT (Sorting Intolerant From Tolerant) sau PolyPhen (Polymorphism Phenotyping), utilizând secvenţele de referinţă ale bazei de date NCBI. Toate aceste analize tind să emită predicţii ale efectului unor variaţii de secvenţă genică asupra proteinei codate, precum şi asupra funcţionalităţii respectivei proteine. Prima estimare se referă la integralitatea proteinei finale, cunoscut fiind faptul că o proteină trunchiată este de obicei nefuncţională. În cazul substituţiilor mononucleotidice, efectul este mai dificil de estimat, în special în cazurile polimorfismelor intronice (ce nu ar trebui să afecteze secvenţa de aminoacizi) sau a celor ce nu modifică aminoacidul datorită degenerescenţei codului genetic. Trebuie avute în vedere posibilele efecte ale unor substituţii nu numai în mod direct asupra aminoacizilor proteinei, dar şi asupra regiunilor reglatoare de splicing, care ar putea modifica structura generală a proteinei. Pentru substituţiile aminoacizilor, predicţiile se bazează pe compatibilităţile între aminoacizi, pe susceptibilităţile regionale ale proteinelor la diferite modificări, ori pe alinierea secvenţelor în cauză de la mai multe specii, în scopul estimării gradului de conservare (şi prin urmare a toleranţei la substituţie) pentru fiecare aminoacid. Analizele in-silico sunt necesare în cazul variantelor de secvenţă extrem de rare sau unice; pentru polimorfismele mai frecvente, studiile de frecvenţă populaţională de tip case-control sunt mai adecvate. Variantele de secvenţă identificate, precum şi unele SNP de interes, reprezintă candidate importante în studiul expresiei genice. În fapt, de vreme ce datele din literatură arată diferenţe importante de expresie genică în funcţie de prezenţa/absenţa mutaţiilor BRCA, profilurile de expresie genică la purtătorii de variante neclasificate ar putea reprezenta un indiciu clar al patogenicităţii acestora. După cum se poate obseva din tabelul I, în anul 2012 au putut fi observate, la nivelul unui lot de 31 de paciente, 10 variante de secvență BRCA ce nut pot fi considerate polimorfisme comune. Dintre acestea, 3 sunt mutații cu efect deleter (categoria 5) și implicații patogenice, celelalte 7 fiind, în majoritatea lor, variante de secvență neclasificate sau cu patogenicitate nesigură (categoria 3). 6 din cele 10 variante identificate (precum și 2 din 3 mutații) afectează gena BRCA2, în timp ce alte 4 (o mutație) sunt pe BRCA1. Este interesant de observat faptul că o mutație BRCA2 și două variante neclasificate la nivelul aceleiași gene se regăsesc la paciente afectate de cancer ovarian; este cunoscut faptul că variațiile BRCA2 predispun mai degrabă la cancer mamar, pentru neoplaziile ovariene din cadrul HBOC fiind mai degrabă responsabilă gena BRCA1. 9 variante de secvență observate sunt substituții (2 mutații și 7 UV), o mutație este o deleție, iar una din variantele UV reprezintă un caz interesant de delins (deleție asociată cu inserție), așa cum va fi explicat mai jos. Nici una din mutațiile BRCA2 identificate nu este cunoscută până la ora actuală în bazele de date internaționale. Aceste este și cazul uneia din variantele UV BRCA1, celelalte variante regăsindu-se în literatură. Mutația BRCA1 identificată apare la două paciente neînrudite, una cu istoric familial, iar cealaltă fără un asemenea istoric. De asemenea, este de remarcat (și va fi discutat și mai departe) cazul unei variante UV din categoria 3, ce apare la nivelul unei familii cu aglomerare de cancer mamar, fără însă a putea fi considerată a priori ca patogenică. În continuare sunt prezentate cele 9 variante de secvență identificate. Prima mutație : BRCA1 c.3607c>t Prima mutație identificată în anul 2012 reprezintă substituția unei citozine cu o timină în poziția 3607 a genei BRCA1, la nivelul exonului 11. După cum poate fi observat în schema de mai jos, substituția conduce la schimbarea codonului CGA din poziția 1203 (codând pentru Arginina 1203) în codon STOP TGA, ceea ce duce la terminarea prematură a sintezei proteice, proteina BRCA1 fiind trunchiată de ultimii 660 de aminoacizi C-terminali. Mutația deleteră identificată apare la două paciente neînrudite, una cu istoric familial, iar cealaltă fără un asemenea istoric. c.3607c>t = p.arg1203stop A doua mutație : BRCA2 c g>a Această mutație, necunoscută până la ora actuală în bazele de date internaționale, este deosebit de interesantă din punct de vedere molecular, și a reprezentat de altfel subiectul unei publicații trimise în 2012 spre evaluare la o revistă cu factor de impact ISI. Avem de-a face cu o substituție intronică, ce nu afectează secvența proteică, nucleotidul implicat nefiind citit în vreun cadru de lectură. În schimb, efectul dramatic al substituției se regăsește la nivelul splicingului, deoarece guanina înlocuită este situată imediat joncțional (la joncțiunea intronului 12 cu exonul 13 al genei BRCA2). Substituția destabilizează situsul de splicing 3, împiedicând incorporarea corectă a exonului 13 în proteina 3

4 finală, și prin urmare afectând structura generală a proteinei BRCA2, drept pentru care putem considera substituția c g>a ca intronică deleteră. Scorul MaxEntScan pentru secvențele afectate confirmă cele afirmate mai sus. ATAAAATAATTGTTTCCTAGGCA MAXENT: 5.54 MM: 5.64 WMM: 2.78 ATAAAATAATTGTTTCCTAAGCA MAXENT: MM: WMM: A treia mutație : BRCA2 c.6837dela Deleția adeninei din poziția 6837 (sfârșitul exonului 1) cauzează substituția valinei din poziția 2280 a proteinei BRCA2 cu triptofan, însă consecința de natură deleteră este decalarea cadrului de lectură, modificarea secvenței proteice în aval și apariția prematură a unui codon STOP la poziția Proteina va fi trunchiată de ultimii 1129 aminoacizi carboxi-terminali, așa cum se poate observa în schema de mai jos. c.6837dela = p.val2280trpfsx11 Prima variantă UV: BRCA1 c.1206g>t Substituția guaninei din poziția 1206 a genei BRCA1 (exon 11) conduce la modificarea codonului 402 (GAG = Glutamat devine GAT = Aspartat), ceea ce cauzează și substituția aminoacidului corespunzător. Analiza in-silico indică o posibilă clasificare a aceastei variantă de secvență în categoria 2 probabil benign (GVGD clasa C0, SIFT tolerat 0,45, Polyphen benign 0,01, Scor Grantham mic 45, însă bazele de date nu conțin nici o altăm raportare a variantei în cauză. Pe de altă parte, există o slabă afectare a situsului de splicing (estimare MaxEntScan), însă o destabilizare a unui posibil situs ESE (scor 4,44). Putem lua în considerare și faptul că aminoacidul substituit, Glutamat402, este implicat la nivelul proteinei BRCA1 în situsul de legare al partenerului RAD50 (aminoacizi ). Expresia genică a BRCA1 și a RAD50 a fost studiată în sângele periferic al pacientei purtîtoare a c.1206g>t, așa cum se va vedea mai departe. c.1206g>t = p.glu402asp A doua variantă UV: BRCA1 c.3454g>a Substituția guaninei din poziția 3454 a genei BRCA1 (exon 11 capăt 3 ) conduce la modificarea codonului 1152 (GAC = Aspartat devine AAC = Asparagină), ceea ce cauzează și substituția aminoacidului corespunzător. Analiza in-silico indică o posibilă clasificare a aceastei variantă de secvență în categoria 2 probabil benign (GVGD clasa C0, SIFT tolerat 0,95, Polyphen benign 0,2, Scor Grantham mic 23, iar bazele de date înregistrază variația în cauză sub codul rs Există o slabă afectare a situsului de splicing (estimare MazEntScan), precum și o destabilizare a unui posibil situs ESE (scor 2,7). Aminoacidul substituit, Aspartat1152, nu este implicat la nivelul proteinei BRCA1 în nici un situs de legare la alți parteneri moleculari. c.1206g>t = p.asp1152asn A treia variantă UV: BRCA2 c.125a>g Această variantă de secvență afectează exonul 3 al genei BRCA2, înlocuind la nivelul proteinei tirozina din poziția 42 (codon TAT) cu o cisteină (codon TGT). Analiza in silico aduce aspecte contradictorii asupra importanței unei astfel de substituții. Astfel, p.tyr42cys pare tolerată în SIFT (scor 0,06) și benignă în Polyphen (scor 0,09). În schimb, scorul Grantham este deosebit de ridicat (194), iar GVGDnacordă scorul C15. Un situs ESE este destabilizat. Varianta este cunoscută în bazele de date (rs ), fără însă ca vreun caz homozigot să fi fost vreodată raportat. 4

5 Având în vedere faptul că regiunea N-terminală a BRCA2 nu este evidențiată a interacționa decât cu partenerul molecular BRCA1, o analiză a expresiei genice pentru cele două gene va fi prezentată mai departe, comparativ în sângele periferic al pacientei purtătoare a c.125a>g (caz familial) și la alte paciente. c.125a>g = p.tyr42cys A patra și a cincea variantă UV: BRCA2 c a>c și c t>c Ambele sunt substituții intronice afectând intronul 4 al genei BRCA2, prima 67 de nucleotide în aval (3 ) de exonul 4, ce-a de a doua 89 de nucleotide în amont (5 ) de exonul 5. Este dificil de estimat vreo consecință directă pentru astfel de substituții intronice situate departe de zone exonice. Interesantă însă de evidențiat este prezența ambelor variante la aceeași pacientă diagnosticată cu cancer mamar timpuriu și nepurtătoare de mutații BRCA. Varianta c a>c (rs ) distruge un situs de splicing estimat la scorul de 4,7 în MaxEntScan, în timp ce varianta c t>c (rs ) generează două situsuri ESE. Ambele variante fac parte din categoria 3 (nedeterminate). A șasea variantă UV: BRCA2 c.10095delcins11 (p.ser3366asnfsx4) Un caz deosebit de interesant de deleție mononucleotidică asociată cu inserția a 11 nucleotide, cu decalaj al cadrului de lectură și apariția prematură a unui codon STOP în poziția 3369, ceea ce trunchiază proteina BRCA2 de ultimii 52 de minoacizi C-terminali. Toate aceste aspecte sunt în măsură să indice prezența unei mutații deletere. Surprinzător însă, mutația de la nivelul exonului 27 al BRCA2 este considerată probabil nepatogenică în baze de date internaționale, având în vedere poziționarea sa C-terminal extrem. În sprijinul acestei considerații vin polimorfisme observate la alți pacienți în aceeași regiune genică, deletere la nivel proteic însă observate în contezt homozigot, deci cu siguranță nepatogenice. Prin asociere, se consideră că variațiile genice în avalul acestor polimorfisme nu pot avea consecințe patogenice. Având în vedere însă implicarea regiunii C-terminale BRCA2 în interacțiunea cu RAD51 (pozițiile nucleotidice , ceea ce include regiunea afectată), am avut curiozitatea de a verifica expresia genică a BRCA2 și RAD51, la nivel periferic, la pacienta purtătoare comparativ cu alte paciente (a se vedea mai jos). c.10095delcins11 = p.ser3366asnfsx4 A șaptea variantă UV: BRCA1 c.4956g>a Nucleotidul G substituit (poziţia 4956) este ultimul nucleotid al codonului 1652 (ATG Metionină). Înlocuirea G cu A generează un codon ATA, codând pentru izoleucină, astfel încât varianta este mis-sens, având drept consecinţă la nivelul proteinei substituţia aminoacidului metionină din poziţia 1652 cu izoleucină (p.met1652ile), aşa cum se poate observa mai jos. Varianta este cunoscută în baza de date BIC, unde a fost deja repertoriată în numeroase rânduri. Conservarea aminoacidului este de 100% hidrofobică, ceea ce duce la o toleranţă (Alamut-SIFT) a substituţiei Met/Ile (ambii aminoacizi sunt hidrofobi), scorul grantham al substituţiei fiind de altfel foarte mic, 10. Alamut-POLYPHEN calculează un scor de 1,11, ceea ce confirmă nivelul benign al substituţiei. Nici un efect nu este estimat asupra situsurilor donor/acceptor de splicing. În schimb, substituţia c.4956g>a conduce la apariţia unui ESE suplimentar la nivelul exonului B1-e16, argument totuşi de luat în considerare înaintea declarării neutralităţii variantei. 3. Implementarea tehnicilor de cuantificare a expresiei genice prin Real-Time RT qpcr 3.1. Transcrierea reverse si completarea colectiei de ADN complementar. Au fost efectuate măsurarea spectrofotometrică a acizilor nucleici, transcrierea reversă a ARN în ADNc, după tehnicile optimizate și implementate în anii precedenți. 5

6 3.2. Cuantificarea expresiei genice prin cea mai performanta tehnica Real-Time qpcr, pentru 8 gene candidat si doua gene de referinta. Amplificările Real-Time pentru cuantificarea moleculelor în qpcr au fost realizate folosind aparatul 7500 Real-Time PCR System, Applied Biosystems. Detecţia fluorescentă a creşterii numărului de molecule a fost realizată în sistem Taqman. Rezultatele de cuantificare au fost interpretate atât în sistemul comparației curbelor standard, cât și prin metoda DDCt, așa cum a fost arătat în anul Integrarea analizelor intr-un sistem compact si simultan de expresie genica. Rezultatele profilurilor de expresie genică au fost asociate rezultatelor secvențierii BRCA1 și BRCA2, în scopul obținerii eventuale a unor asociații genotip-fenotip de expresie, ceea ce a reprezentat de altfel scopul final al prezentului proiect. Expresia genică la nivel periferic a putut fi asociată, pentru unele gene de interes, cu trei variante de secvență neclasificate (UV), iar expresia genică tumorală a putut fi asociată unor haplotipuri BRCA1. Asocierea variantei de secvență BRCA2 c.125a>g cu expresia genei BRCA1 După cum s-a arătat mai sus, varianta BRCA2 c.125a>g afectează exonul 3 al genei și situsul de interacțiune cu BRCA1 la nivelul proteinei. Deoarece analiza in-silico este insuficientă pentru stabilirea eventualei patogenicități/neutralități a variantei, am procedat la analiza expresiei genice periferice, la pacienta purtătoare comparativ cu alte paciente, pentru mai multe gene de interes, cu accent asupra expresiei BRCA1 și BRCA2. După cum se poate observa în figura 1, o expresie de aproape 2 ori mai mare a genei BRCA1 a fost observată la pacienta purtătoare a varianta BRCA2 c.125a>g, comparativ cu paciente nepurtătoare. Este foarte puțin probabil ca această diferență de expresie să fie datorată hazardului. Propunem ca explicație posibilă stimularea expresiei BRCA1 în urma modificării interacțiunii BRCA1-BRCA2. Având în vedere că substituția în cauză generează înlocuirea unei tirozine cu o cisteină, este foarte posibil ca aceasta din urmă să apară implicată în formarea unei punți disulfurice intra- ori inter-moleculare la nivelul N-terminal al BRCA2. Acest aspect vine în contrazicerea neutralității variantei BRCA2 c.125a>g, ceea ce ar explica de ce nu au fost observați până la ora actuală purtători homozigoți. Mai putem menționa și o stimulare a expresiei periferice a P53 la aceeași pacientă purtătoare a BRCA2 c.125a>g. Figura 1. Asocierea variantei de secvență BRCA2 c.125a>g cu expresia genei BRCA1 Asocierea variantei de secvență BRCA2 c.10095delcins11 cu expresia genei RAD51 După cum a fost arătat mai sus, mutația BRCA2 c.10095delcins11 nu este considerată patogenică, deși decalează cadrul de lectură și generează un codon Stop cauzând terminarea prematură a proteinei. În sprijinul neutralității vin argumente statistice, în timp ce analiza in-silico prezice patogenicitatea. Având în vedere implicarea regiunii C-terminale BRCA2 în interacțiunea cu RAD51 (pozițiile nucleotidice , ceea ce include regiunea afectată), am avut curiozitatea de a verifica expresia genică a BRCA2 și RAD51, la nivel periferic, la pacienta purtătoare comparativ cu alte paciente. După cum se poate observa din figura 2, o represie clară a expresiei Rad51 poate fi observată la pacienta purtătoare a BRCA2 c.10095delcins11, comparativ cu pacientele nepurtătoare. Dacă varianta în cauză nu poate fi considerată clar patogenică, am dovedit modificarea expresiei Rad51 al cărui situs de interacție este modificat. Este foarte posibil ca afectarea interacțiunii BRCA2-Rad51 să conducă la o acumulare a proteinei Rad51 la nivel celular, ceea ce ar cauza inhibiția expresiei normale de Rad51. Este de asemenea posibil ca acest eveniment să aibă și alte consecințe metabolice în aval de Rad51, ceea ce ar putea repune în discuție patogenicitatea variantei. Figura 2. Asocierea variantei de secvență BRCA2 c.10095delcins11 cu expresia genei RAD51 Asocierea variantei de secvență BRCA1 c.4956g>a cu expresia genei BRCA2 Varianta BRCA1 c.4956g>a (Met1652Ile) este un polimorfism comun, cunoscut în bazele de date internaționale, și care definește haplotipul H5 pornind de la haplotipul H2 (Tabelul I). Toate analizele in-silico indică lipsa patogenicității variantei, așa cum a fost arătat mai sus. Am observat totuși un fenomen interesant legat de varianta 6

7 Met1652Ile. Substituția afectează exonul 16 al genei BRCA1, regiune de interacțiune la nivel proteic cu partenerul BRCA2, precum și regiune implicată în repararea alterărilor dublu catenare ale ADN. La purtătorii de Met1652Ile, a fost observată o inhibiție a expresiei BRCA2, comparativ cu nepurtători. Este încă un exemplu al faptului că variante polimorfice benigne nu prezintă patogenicitate directă, însă pot influența metabolismul celular prin afectarea interacțiunilor cu parteneri moleculari și, implicit, prin reglarea expresiei acestora. Figura 3. Asocierea variantei de secvență BRCA1 c.4956g>a cu expresia genei BRCA2 Asocierea haplotipurilor BRCA1 cu expresia genică la nivel tumoral Aproape totalitatea alelelor BRCA1 identificate până la această oră pot fi asociate la 10 haplotipuri canonice, definite prin utilizarea a 14 markeri polimorfici prevalenţi de tip SNP (Tabelul I). Am încercat asocierea prezenței unora dintre aceste haplotipuri cu profiluri de expresie tumorală pentru genele noastre de interes. În figura 4 pot fi observate diferențe semnificative de expresie a 4 gene de interes (BRCA1, BRCA2, P53, ATM) la nivelul a 3 tumori mamare ce nu prezintă mutații ori variante importante de secvență BRCA. În schimb, diferențe între cele 3 tumori au fost observata la nivelul genotipurilor datorate diverselor SNP. Astfel, cea mai joasă expresie a celor 4 gene (partea dreaptă în figura 4) a fost observată la nivelul tumorii de genotip homozigot H1-n / H1-n, caracterizat de polimorfismul intronic n (c c>t). Expresia cea mai ridicată a genelor (figura 4, mijloc) a fost observată în tumora cu genotip homozigot H2 / H2, în timp ce tumora heterozigotă H1 / H2 (figura 4, stânga) a prezentat un profil intermediar de expresie. Haplotipul H2 este caracterizat de 9 SNP-uri față de haplotipul H1, nepolimorf. Rezultatul este foarte interesant, deoarece ar putea lansa ideea unei relații între genotipul BRCA și profilurile de expresie a altor gene implicate în reglarea ciclului celular. Influența directă a haplotipurilor BRCA asupra fenotipului tumoral nu a fost încă studiată până la ora actuală. Figura 4. Asocierea haplotipurilor BRCA1 cu expresia genică la nivel tumoral Concluzii Proiectul și-a propus ca obiectiv principal analiza expresiei unor gene de interes major, la nivelul țesutului tumoral și în periferie, într-un studiu comparativ între purtătorii unor variante de secvență BRCA și nepurtători. Având în vedere diferențele observate în comunitatea științifică între profilurile de expresie genică ale tumorilor BRCA pozitive comparativ cu tumorile non-brca, o întrebare esențială a canalizat cercetările în cadrul acestui proiect: ar putea profilurile de expresie genică reprezenta markeri fenotipici de înțelegere a patogenicității genotipice? Rezultatele cele mai impresionante din anul 2012 sunt reprezentate de corelațiile nete stabilite între expresia unor gene de interes, atât la nivel periferic cât și tumoral, și prezența unor variante de secvență ce nu au putut fi clasificate după patogenicitate prin analiză in-silico. Desigur, aceste rezultate deschid doar drumul către un studiu amplu ce ar putea aduce o lumină nouă în înțelegerea reglării expresiei genice în cancerul mamar. Însă corelații există, iar complexitatea lor pare spectaculară, din punct de vedere al variației supraexpresie/inhibiție. Este de altfel unul din puținele instrumente de care dispune știința experimentală modernă în înțelegerea variațiilor genice și a implicațiilor acestora la nivelul fiziologiei tumorale. Nu în ultimul rând, corelația observată între unele haplotipuri și profilurile de expresie genică poate avea consecințe majore în înțelegerea cancerului mamar. Majoritatea studiilor până la ora actuală, precum și activitatea de diagnostic molecular modernă, pun accent pe mutațiile deletere și mai puțin pe polimorfismele comune SNP. Individual, aceste SNP-uri nu par să influențeze fenotipul cancerului, însă în context haplotipic lucrurile ar putea sta altfel. Prezentul proiect este unul din primele exemple relevante ale implicației variantelor de secvență nepatogenice în dezvoltarea efectivă și în evoluția patologiei. 7 Director proiect, Șef de lucrări dr. Lucian NEGURĂ