The role of somatic mosaicism in the development of tumors in children

Full Text

Мозаицизм – явление, предполагающее присутствие генетически различных популяций клеток, произошедших из одной зиготы, которое может существовать как в соматических, так и в половых клетках [1]. Если мутация возникла на стадии дифференцировки половой клетки, то она будет присутствовать не в одной гамете, а в определенной их части. Такое явление называется гонадным мозаицизмом [2]. Мутации, возникающие в соматической клетке на одном из этапов онтогенеза, предполагают развитие соматического мозаицизма. В редких случаях генетические варианты присутствуют одновременно и в некоторых половых, и в ряде соматических клеток, что приводит к гоносомному мозаицизму.

Мозаичные формы заболеваний являются результатом постзиготических мутаций на одном из этапов эмбриогенеза. Область поражения и количество затронутых клеток коррелируют со временем и местом возникновения патогенного варианта, а также с пролиферативным преимуществом мутировавших клеток. Существует классификация мутаций эмбриональной мозаики, предполагающая деление постзиготических вариантов на ранние, средние и поздние.

Согласно данным проведенных исследований, мутации, происходящие на этапе ранней эмбриональной мозаики – первые несколько клеточных делений зиготы до имплантации эмбриона, имели более высокую частоту альтернативного аллеля (variant allele frequency), чем эмбриональные мозаичные мутации среднего уровня, приобретенные во время гаструляции или нейруляции [1].

Генетическая основа предрасположенности к развитию онкологических заболеваний в большинстве случаев соответствует классической «двухударной» (two-hit) модели онкогенеза, разработанной Альфредом Кнадсоном в 1971 г. на примере развития наследственной и спорадической форм ретинобластомы. В своем исследовании Кнадсон пришел к выводу, что для развития опухоли необходима инактивация обоих аллелей гена-онкосупрессора RB1 [2]. В случае наличия наследственной предрасположенности первым событием является герминальная мутация, которая передается от родителя или возникает de novo, ее наличие определяет раннюю реализацию фенотипа (возникновение опухоли) при инактивации второго аллеля в результате соматической мутации. Модель канцерогенеза Кнадсона не может объяснить генетическую этиологию всех синдромов предрасположенности к онкологическим заболеваниям (в первую очередь в основе патогенеза которых лежат патогенные варианты в транскрипционных факторах или мутации типа gain-of-function), тем не менее она является основой понимания патогенеза опухолей и повышенного риска их развития. В отличие от классической герминальной мозаичная мутация не присутствует во всех клетках, но находится в неизмененных клетках различных тканей организма и может определять развитие опухолей соответствующих локализаций.

Эмбриональные мозаичные мутации могут объяснить часть неразрешенных случаев спорадических заболеваний. Так, в исследовании Z. Chen и соавт. описаны случаи выявления вариантов с низким уровнем мозаицизма в гене RB1 при анализе ДНК, выделенной из лейкоцитов периферической крови, у пациентов со спорадическими формами билатеральной и унилатеральной ретинобластомы [3]. Авторы отмечают, что детекция мозаичных мутаций проводилась при помощи метода высокопроизводительного секвенирования (NGS), так как ранее использованный метод секвенирования по Сэнгеру не позволил обнаружить в конституциональном материале варианты, выявленные при исследовании ткани опухоли, в силу значительно меньшей аналитической чувствительности метода.

Диагностика мозаичных синдромов имеет важное клиническое значение. В ряде случаев выявление патогенных мозаичных мутаций позволяет не только объяснить этиологию развития новообразования, но и способствует модификации специфического лечения, в том числе позволяет инициировать молекулярно-направленную терапию. Кроме того, как уже описано ранее, мозаичные синдромы повышают риск развития различных злокачественных и доброкачественных опухолей, что определяет необходимость разработки и последующего соблюдения протоколов наблюдения для пациентов [4].

В большинстве случаев диагностика соматического мозаицизма представляет собой сложную задачу. Вследствие широкой изменчивости и сглаженности клинических проявлений фенотип не всегда может быть распознан, а для выявления низкого уровня мозаицизма необходимо использование высокочувствительных методов секвенирования. Методы высокопроизводительного секвенирования с высокой глубиной покрытия являются наиболее оптимальными для диагностики соматического мозаицизма, так как позволяют проводить количественную оценку и обнаруживать даже низкий уровень мозаицизма. Кроме того, благодаря NGS возможно выявление более широкого спектра мутаций в конкретном гене, а также обнаружение новых мутаций и генов, ранее не ассоциированных с заболеваниями. Однако исследование B. Salem демонстрирует, что заболевания, связанные с вариацией числа копий генов (copy number variation, CNV), также могут быть мозаичными и требуют применения дополнительных методов диагностики, таких как мультиплексная амплификация лигированных зондов (MLPA), сравнительная геномная гибридизация на микроматрицах (array CGH) [5]. Учитывая ограниченную аналитическую чувствительность MLPA и array CGH, методом выбора для детекции мозаичных форм CNV может стать цифровая полимеразная цепная реакция. Принимая во внимание, что в ряде случаев соматический мозаицизм имеет низкий уровень, особенно внимательно стоит подойти к выбору исследуемого материала. Для диагностики мозаицизма предпочтительнее проводить анализ более чем одного вида биоматериала, в первую очередь исследуя пораженную ткань, расположенную наиболее близко к пораженной области или имеющую общий гистогенез с пораженной тканью [1].

Цель обзора – представить комплексный обзор научной литературы по теме соматического мозаицизма, проанализировать его роль в патогенезе развития новообразований у детей.

Методология поиска источников

Проведен анализ актуальной научной литературы по теме соматического мозаицизма с использованием международных и отечественных баз данных (PubMed, Scopus, Google Scholar, eLibrary). Ключевые запросы на английском языке: “somatic mosaicism cancer”, “cancer predisposition”; на русском языке: «соматический мозаицизм», «синдромы предрасположенности к опухолям». Анализ научной литературы проводился за период с января 2004 г. по июнь 2024 г., глубина поиска 20 лет. По ключевому запросу “somatic mosaicism cancer” за указанный период в базе NCBI обнаружено 90 статей, после отсева дубликатов (36) и неполнотекстовых статей (32) в обзор было включено 22 научные работы.

Мозаичные мутации при РАСопатиях

РАСопатии представляют собой группу наследственных синдромов, возникающих из-за мутаций в генах, которые кодируют элементы и регуляторы сигнального пути RAS–MAPK – ключевого каскада, участвующего в контроле клеточной пролиферации, дифференцировки и апоптоза [6]. Этот сигнальный путь играет важную роль в нормальном формировании клеток и тканей на этапе как эмбрионального, так и постнатального развития.

К РАСопатиям относят синдром Нунан, нейрофиброматоз 1-го типа (НФ1), синдром Нунан с множественными лентиго (LEOPARD), кардио-фацио-кожный синдром, синдром капиллярных и артериовенозных мальформаций, синдром Костелло и синдром Легиуса (таблица).

 

Таблица

Гены, ассоциированные с РАСопатиями [14]

Table

Genes associated with RASopathies [14]

Синдром Syndrome	OMIM#	Гены Genes
НФ1 Neurofibromatosis type 1	162200	NF1
Синдром Нунан Noonan syndrome	163950	PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, NRAS, HRAS, BRAF, SHOC2, CBL, LZTR1, RIT1, SOS2
Синдром Нунан с множественными лентиго (LEOPARD) Noonan syndrome with multiple lentigines (LEOPARD)	151100	PTPN11, RAF1, BRAF
Кардио-фацио-кожный синдром Cardiofaciocutaneous syndrome	115150	BRAF, KRAS, MAP2K1, MAP2K2
Cиндром капиллярной и артериовенозной мальформации Capillary malformation-arteriovenous malformation syndrome	608354	RASA1
Синдром Костелло Costello syndrome	218040	HRAS
Синдром Легиуса Legius syndrome	611431	SPRED1

 

Нарушения в сигнальной цепочке RAS–MAPK приводят к формированию характерной клинической картины, включающей множественные признаки нарушенного эмбрионального развития, аномалии костно-мышечной системы, задержку нейрокогнитивного развития, врожденные пороки сердца, патологии органов зрения, кожные изменения и повышенную склонность к опухолевым процессам.

Наиболее распространенный путь наследования данной группы заболеваний – аутосомнодоминантный [7]. В литературе описано множество клинических случаев развития опухолей, в первую очередь эмбриональных (нейробластома, рабдомиосаркома), у пациентов с синдромом Нунан, НФ1, синдромом Костелло. Также при вышеуказанных синдромах встречаются опухоли головного мозга, острые лейкозы [8, 9]. Принимая во внимание наличие ярких фенотипических особенностей при РАСопатиях, выявляемость таких пациентов и своевременная молекулярно-генетическая диагностика в настоящее время не составляют труда. Однако в ряде случаев, несмотря на наличие некоторых клинических признаков, подозрительных в отношении синдромов предрасположенности к опухолям, при исследовании ДНК, выделенной из периферической крови, не находится мутаций, ассоциированных с фенотипическими проявлениями. Отсутствие классической герминальной мутации может предполагать наличие мозаичной мутации у пациента. Например, в работе U. Moog и соавт. описан редкий случай РАСопатии, ассоциированной с мозаичной мутацией в гене KRAS, у пациента с сегментарной гиперпигментацией и невусом сальных желез левой стороны туловища, головы. Патогенный вариант в гене KRAS был обнаружен при исследовании ДНК, выделенной из фибробластов кожи головы, затрагивающей область невуса, и отсутствовал в периферической крови пациента [10].

В научной литературе описаны случаи редкого нейрокожного синдрома, который проявляется сочетанием крупного линейного сального невуса (невус Ядассона), эпилепсией, а также задержкой речевого и психического развития. Из-за характерных клинических признаков данное заболевание получило название синдрома линейного невуса сальных желез, также известного как синдром Шиммельпеннинга– Фейерштейна–Мимса.

Синдром линейного невуса сальных желез обусловлен генетическим мозаицизмом и связан с мозаичными мутациями в генах KRAS и HRAS, возникающими на различных этапах эмбрионального развития [11].

Помимо множественных аномалий развития пациенты с синдромом Шиммельпеннинга–Фейерштейна–Мимса имеют повышенный риск развития злокачественных новообразований, в первую очередь эмбриональных опухолей. Генетическое подтверждение мозаичной РАСопатии предполагает необходимость динамического наблюдения в рамках разработанных протоколов, учитывая повышенный риск развития других злокачественных или доброкачественных образований, а также неопухолевых проявлений [5, 7].

Среди пациентов с НФ1 также нередко встречаются случаи мозаичной формы синдрома [12, 13]. Такие пациенты имеют некоторые фенотипические проявления НФ1, однако в большинстве случае они не соответствуют классическим критериям, позволяющим установить данный диагноз. Пятна цвета «кофе с молоком», кожные или подкожные нейрофибромы могут располагаться сегментарно или унилатерально. Некоторые пациенты с мозаичной формой НФ1 имеют лишь единичные гиперпигментированные кожные проявления. Однако, несмотря на отсутствие типичных фенотипических проявлений, существует риск развития плексиформной нейрофибромы и других новообразований, встречающихся при классической форме НФ1. В исследовании

C. Ejerskov и соавт. описано, что у пациентов с мозаичной мутацией в гене NF1 в 30% случаев отмечалось развитие плексиформной нейрофибромы [13]. Молекулярно-направленная терапия МЕК-ингибитором селуметинибом, который зарегистрирован для симптоматической неоперабельной плексиформной нейрофибромы на фоне НФ1, у пациентов с мозаичной формой заболевания также патогенетически обоснована.

Спектр синдромов избыточного роста, ассоциированных с мутацией в гене PIK3CA

Спектр синдромов избыточного роста, ассоциированных с мутацией в гене PIK3CA (PIK3CArelated overgrowth spectrum, PROS), объединяет ряд орфанных заболеваний, характеризующийся различными пороками развития и избыточным разрастанием тканей. В патогенезе развития данной группы синдромов ведущая роль принадлежит ранней постзиготической мутации в гене PIK3CA, вследствие чего запускается патологическая активация сигнального каскада PI3K/AKT/mTOR, что обусловливает развитие новообразований, сосудистых аномалий и других фенотипических особенностей у этих пациентов. Спектр клинических проявлений PROS достаточно широкий, однако среди них наиболее важными представляются избыточное разрастание жировой, мышечной, нервной или костной ткани, сосудистые мальформации, кожные проявления, включающие эпидермальные невусы, себорейный кератоз [15].

В редких случаях описана ассоциация PROS с развитием злокачественных новообразований. В работе K.W. Gripp и соавт. приводится несколько эпизодов развития нефробластомы в первые годы жизни у детей с врожденной гемигипертрофией [16]. Принимая во внимание наличие фенотипических особенностей, всем пациентам проводилось молекулярно-генетическое исследование методом NGS с использованием таргетной панели, включающей гены, ассоциированные с избыточным разрастанием тканей. При исследовании ДНК, выделенной из образца замороженной опухоли, а также из областей тела с избыточным разрастанием тканей, во всех случаях выявлены различные патогенные мутации в гене PIK3CA. При исследовании периферической крови ни в одном случае не было обнаружено вариантов, выявленных в образцах ткани, что подтверждает мозаичный характер мутаций. На момент проведения исследования все пациенты оставались живы и находились в ремиссии по заболеванию. По данным литературы, случаи развития злокачественной опухоли чаще наблюдались при обнаружении мутации в кодоне 1047 (p.His1047Leu/Arg) [16, 17]. В целом риск развития онкологических заболеваний при PROS невысок, однако, учитывая описанные случаи нефробластомы у пациентов с постзиготической мутацией в гене PIK3CA, рассматривается целесообразность проведения скринингового ультразвукового исследования почек до возраста 8 лет [17, 18]. Кроме того, необходимо проведение дифференциальной диагностики с другими синдромами, ассоциированными с нефробластомой и парциальной гипертрофией тканей (синдром Беквита–Видемана (СБВ), синдром Симпсона–Голаби–Бемель, синдром Перлмана и т. д.). Наиболее серьезными клиническими проявлениями спектра синдромов избыточного роста являются распространенные сегментарные очаги разрастания жировой, мышечной, нервной, костной тканей, а также различные сосудистые мальформации, приводящие к ухудшению качества жизни пациентов за счет болевого синдрома, ограничения функций, выраженной деформации тела. В течение длительного времени единственной куративной опцией для таких проявлений PROS оставалось хирургическое лечение, однако в большинстве случаев оперативное вмешательство не могло быть радикальным, что впоследствии приводило к продолженному росту новообразования [15, 18].

В настоящее время для данных пациентов рассматриваются варианты системной терапии, направленной на различные компоненты сигнального пути PI3K. К ним относятся ингибиторы mTOR, AKT и PI3K. Использование системной терапии mTOR-ингибитором (сиролимус) у пациентов с клиническими проявлениями PROS описано в исследовании V.E. Parker и соавт. [19]. В работу включены 39 пациентов, которым проводилась терапия сиролимусом в течение 26 нед с целевым показателем концентрации препарата в плазме крови 2–6 нг/мл. На фоне лечения наблюдалось сокращение объема пораженных тканей, средний показатель составил 7,2%. Однако у 28 (72%) из 39 участников отмечено ≥1 нежелательное явление (НЯ), связанное с сиролимусом, 37% из них имели III или IV степень тяжести, 7/39 (18%) участников были впоследствии исключены из участия. Наиболее распространенным НЯ было развитие инфекционных эпизодов (16/39; 41%), за которым следовали заболевания крови или лимфатической системы (8/39; 21%). Таким образом, данное исследование показало, что низкие дозы сиролимуса могут незначительно уменьшить очаги избыточного разрастания тканей, однако частота побочных эффектов высока, что требует необходимости определения соотношения пользы и риска при применении препарата у пациентов.

В настоящее время наиболее перспективным представляется использование PI3K-ингибитора алпелисиба, который показал эффективность и хорошую переносимость у пациентов с PROS [15]. Принимая во внимание опыт использования алпелисиба в онкологической практике, Q. Venot и соавт. изучили его терапевтический потенциал при PROS [20]. Первоначально в исследование были включены 2 пациента с синдромом CLOVES, проведение терапии алпелисибом позволило добиться сокращения гипертрофированных участков тела и улучшения качества жизни больных при хорошей переносимости. Далее в исследование вошли еще 17 пациентов с PROS. У всех был зарегистрирован ответ на терапию, при этом среднее уменьшение размеров пораженной области составило 12,6 ± 3,8% и 16,3 ± 3,9% через 3 и 6 мес лечения соответственно. Побочные эффекты отмечены в 29,4% случаев и включали афтозный стоматит, транзиторную гипергликемию. Таким образом, использование алпелесиба показало эффективность среди пациентов с PROS. Кроме того, отмечалась удовлетворительная переносимость терапии с минимальным количеством и спектром НЯ, которые не требовали отмены или редукции терапии.

Мозаичные формы синдрома Беквита–Видемана

СБВ (OMIM#130650) – редкое генетическое заболевание, характеризующееся наличием множественных пороков развития, а также повышенным риском злокачественных и доброкачественных новообразований в течение жизни. К наиболее распространенным признакам СБВ относят омфалоцеле, макроглоссию и макросомию. Кроме того, у таких пациентов нередко можно выявить неонатальную гипогликемию, гемигипертрофию и висцеромегалию [21].

Учитывая повышенный риск развития опухолей при СБВ, в первую очередь эмбриональных (нефробластома, гепатобластома, нейробластома), рассматривается необходимость динамического наблюдения и выполнения контрольных обследований в регламентированные сроки с первого года жизни.

Развитие СБВ связано с нарушением баланса экспрессии генов, участвующих в контроле клеточного цикла и процессов деления, роста (KCNQOT1, Н19, CDKN1C и IGF2). Экспрессия генов контролируется 2 отдельными центрами импринтинга (IC1 и IC2), которые располагаются в хромосомной области 11p15.5. В норме эти гены импринтированы и экспрессируются только с отцовского (IGF2 и KCNQOT1) или материнского (HI9 и CDKN1C) аллеля [22]. Потеря метилирования IC2 (IC2-LoM) приводит к снижению экспрессии гена ингибитора циклинзависимой киназы (CDKN1C), который в норме экспрессируется только с материнского аллеля, что составляет молекулярную основу приблизительно половины случаев СБВ. Гиперметилирование IC1 (IC1-GoM) вызывает биаллельную экспрессию гена инсулинового фактора роста 2 (IGF2) и снижение экспрессии гена онкосупрессора H19, что составляет от 5 до 10% случаев СБВ. Кроме того, примерно в 20% обнаруживается мозаичная отцовская однородительская дисомия (UPD), которая характеризуется измененной экспрессией обоих генов. В ряде случаев СБВ может быть обусловлен гетерозиготными патогенными вариантами в гене CDKN1C.

В случае классической формы СБВ пациенты обычно имеют характерные фенотипические особенности, указанные выше, что позволяет заподозрить наличие генетического синдрома и инициировать молекулярно-генетическую диагностику. Мозаичные формы СБВ предполагают более сглаженный фенотип, однако также повышают риск развития новообразований. Следовательно, несмотря на трудности диагностики мозаичных мутаций, крайне важно уметь их детектировать.

Наиболее подходящим методом молекулярногенетической диагностики СБВ является метилчувствительная MLPA (methylation-specific MLPA, MS-MLPA), позволяющая выявлять нарушения метилирования импринтированных генов в хромосомной области 11p15.5. Baker и соавт. описывают случаи мозаичной формы СБВ, диагностированные с помощью метода MS-MLPA. Согласно данным проведенного исследования, в периферической крови некоторых пациентов с фенотипом Беквита–Видемана было выявлено частичное гиперметилирование (3–20%) локусов IC1, IC2 на материнской хромосоме [23]. В тех случаях, когда СБВ связан с гетерозиготными мутациями в гене CDKN1C, предполагается использование методов высокопроизводительного секвенирования. Принимая во внимание распространенность мозаичных форм СБВ, для инициальной диагностики наиболее целесообразно использовать ДНК, выделенную из пораженной ткани, так как исследование периферической крови может не позволить обнаружить аберрацию. В работе Wang и соавт. представлен молекулярно-генетический алгоритм диагностики СБВ, позволяющий детектировать даже варианты с низким уровнем мозаицизма [21].

Наследование мозаичных мутаций

Ранее упоминалось, что мозаичные формы заболеваний являются результатом постзиготических мутаций на одном из этапов эмбриогенеза [1]. В случае, когда мутация возникла на стадии дифференцировки половой клетки, будет поражена определенная доля гамет, что приведет к явлению гонадного мозаицизма. Пациенты с гонадным мозаицизмом в большинстве случаев не имеют фенотипических особенностей и не страдают заболеванием, однако это явление может объяснить ряд мутаций, возникающих de novo. C. Lázaro и соавт. описали семейный случай НФ1. В семье без наличия отягощенного анамнеза по НФ1 родились 3 ребенка с клиническими признаками данного заболевания. При исследовании периферической крови патогенный вариант в гене NF1 был обнаружен у всех детей, однако не выявлен ни у одного из родителей. Учитывая наличие 3 сиблингов с НФ1, заподозрен гонадный мозаицизм, который позднее был подтвержден дополнительным методом исследования гонад родителей. Установлено, что обнаруженный у детей патогенный вариант в гене NF1 присутствовал в 10% половых клеток отца [12].

В редких случаях мутация присутствует одновременно в некоторой доле и половых, и соматических клеток, что приводит к гоносомному мозаицизму. Такие пациенты могут иметь фенотипические особенности, соответствующие синдрому, а также могут передать мозаичную мутацию потомству.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Явление соматического мозаицизма позволяет объяснить часть неразрешенных спорадических случаев развития новообразований у детей. Диагностика мозаичных синдромов имеет важное клиническое значение, однако в ряде случаев имеет определенные сложности. Принимая во внимание тип опухоли пациента, фенотипические особенности, важно определить наиболее предпочтительный метод молекулярно-генетической диагностики, который с большей вероятностью позволит выявить мозаичную мутацию и объяснить этиологию развития новообразования. Выявление патогенных мутаций при некоторых мозаичных синдромах будет способствовать модификации специфического лечения, в ряде случаев позволит инициировать молекулярнонаправленную терапию, а также обосновать необходимость соблюдения протоколов наблюдения.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Данное исследование не имело финансовой поддержки от сторонних организаций.

FUNDING

No funding was received for this study.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

CONFLICT OF INTEREST

The authors declare no conflict of interest.

ВКЛАД АВТОРОВ

А.С. Саломатина: разработка концепции статьи, анализ научной литературы по теме статьи, сбор данных, написание и редактирование текста;

А.Е. Друй: разработка концепции статьи, написание и редактирование текста, утверждение окончательного варианта статьи.

AUTHORS CONTRIBUTION

A.S. Salomatina: conception of the work, analysis of scientific literature on the topic, data collection, writing and editing of the text;

A.E. Druy: conception of the work, writing, writing and editing of the text, approval of the final version of the article.

About the authors

Anastasiya S. Salomatina

The Dmitry Rogachev National Medical Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology of Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: anastasiya.salomatina@dgoi.ru
ORCID iD: 0000-0002-3046-1495

pediatric oncologist at the Outpatient Clinic, a research technician at the Laboratory of Molecular Biology

Russian Federation, Moscow

A. E. Druy

The Dmitry Rogachev National Medical Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology of Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Email: anastasiya.salomatina@dgoi.ru
ORCID iD: 0000-0003-1308-8622
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files