Взаимосвязь гена TP53 с ретроэлементами в канцерогенезе
https://doi.org/10.17650/1726-9776-2022-18-1-136-142
Аннотация
В настоящем обзоре представлены сведения о роли гена TP53 в канцерогенезе рака предстательной железы, почки и мочевого пузыря за счет негативной регуляции ретротранспозонов. Белок р53 является транскрипционным фактором, управляющим экспрессией различных белок-кодирующих генов. Промоторные области эндогенных ретровирусов содержат практически идеальные сайты связывания с белком р53, который подавляет их трансляцию, а также вызывает сайленсинг ретроэлементов LINE1. Сам ген TP53 содержит в своем составе ретротранспозоны, которые способствуют мутациям вследствие рекомбинаций. Герминальные мутации гена ТР53 при синдроме Ли– Фраумени вызывают дефицит белка р53, что ведет к активации ретроэлементов, которые, в свою очередь, вызывают потерю гетерозиготности 2-го аллеля ТР53. Возникает порочный круг, стимулирующий геномную нестабильность и канцерогенез. Данный механизм возможен для спорадических злокачественных новообразований мочеполовой системы, при которых наиболее часто выявляют мутации TP53, действующие как драйверы канцерогенеза. В то же время во многих злокачественных новообразованиях обнаруживается патологическая активация ретроэлементов. Более того, порочный круг, когда дефицит онкосупрессора вызывает активацию ретроэлементов, способствующих инактивации других генов-супрессоров, специфичен не только для ТР53. Способностью негативно контролировать экспрессию ретроэлементов характеризуются и другие гены-супрессоры, которые содержат в своем составе горячие точки инсерционного мутагенеза и сами ретротранспозоны (которые способствуют рекомбинационным событиям). Сделано предположение, что патологическая взаиморегуляция ретроэлементов и онкосупрессоров является универсальным механизмом канцерогенеза при развитии как спорадических злокачественных новообразований, так и наследственных опухолевых синдромов. Наблюдаемая в 90 % образцов рака предстательной железы хромоплексия может отражать данные события, поскольку активированные ретроэлементы в канцерогенезе способствуют развитию комплексных хромосомных перестроек.
Ключевые слова
Об авторе
Р. Н. МустафинРоссия
Рустам Наилевич Мустафин, доцент кафедры медицинской генетики и фундаментальной медицины, кандидат биологических наук
450008 Уфа, ул. Ленина, 3
SPIN-код (РИНЦ): 4810-2534
Список литературы
1. Harris C.R., Dewan A., Zupnick A. et al. P53 responsive elements in human retrotransposons. Oncogene 2009;28(44):3857–65. DOI: 10.1038/onc.2009.246.
2. Nientiedt C., Endris V., Jenzer M. et al. High prevalence of DNA damage repair gene defects and TP53 alterations in men with treatment-naïve metastatic prostate cancer – results from a prospective pilot study using a 37 gene panel. Urol Oncol 2020;38(7):e17–637.e27. DOI: 10.1016/j.urolonc.2020.03.001.
3. Li V.D., Li K.H., Li J.T. TP53 mutations as potential prognostic markers for specific cancers: analysis of data from The Cancer Genome Atlas and the International Agency for Research on Cancer TP53 Database. J Cancer Res Clin Oncol 2019;145(3):625–36. DOI: 10.1007/s00432-018-2817-z.
4. Nassar A.H., Umeton R., Kim J. et al. Mutational analysis of 472 urothelial carcinoma across grades and anatomic sites. Clin Cancer Res 2019;25(8): 2458–70. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-18-3147.
5. Tiwari B., Jones A.E., Caillet C.J. et al. P53 directly represses human LINE1 transposons. Genes Dev 2020;34(21–22):1439–51. DOI: 10.1101/gad.343186.120.
6. Baca S.C., Prandi D., Lawrence M.S. et al. Punctuated evolution of prostate cancer genomes. Cell 2013;153(3):666–77. DOI: 10.1016/j.cell.2013.03.021.
7. Shen M.M. Chromoplexy: a new category of complex rearrangements in the cancer genome. Cancer Cell 2013;23(5):567–9. DOI: 10.1016/j.ccr.2013.04.025.
8. Holland A.J., Cleveland D.W. Chromanagenesis and cancer: mechanisms and consequences of localized, complex chromosomal rearrangements. Nat Med 2012;18(11):1630–8. DOI: 10.1038/nm.2988.
9. Nazaryan-Petersen L., Bertelsen B., Bak M. et al. Germline chromothripsis driven by L1-mediated retrotransposition and Alu/Alu homologous recombination. Hum Mutat 2016;37(4):385–95. DOI: 10.1002/humu.22953.
10. Wang T., Zeng J., Lowe C.B. et al. Species-specific endogenous retroviruses shape the transcriptional network of the human tumor suppressor protein p53. Proc Natl Acad Sci USA 2007;104(47):18613–8. DOI: 10.1073/pnas.0703637104.
11. Pisanic T.R. 2nd, Asaka S., Lin S.F. et al. Long interspersed nuclear element 1 retrotransposons become deregulated during the development of ovarian cancer precursor lesions. Am J Pathol 2019;189(3):513–20. DOI: 10.1016/j.ajpath.2018.11.005.
12. Ardeljan D., Steranka J.P., Liu C. et al. Cell fitness screens reveal a conflict between LINE-1 retrotransposition and DNA replication. Nat Struct Mol Biol 2020;27:168–78. DOI: 10.1038/s41594-020-0372-1.
13. Rodriguez-Martin B., Alvarez E.G., Baez-Ortega A. et al. Pan-cancer analysis of whole genomes identifies driver rearrangements promoted by LINE-1 retrotransposition. Nat Genet 2020;52:306–19. DOI: 10.1038/s41588-019-0562-0.
14. Ribeiro I.P., Carreira I.M., Esteves L. et al. Chromosomal breakpoints in a cohort of head and neck squamous cell carcinoma patients. Genomics 2020;112:297–303. DOI: 10.1016/j.ygeno.2019.02.009.
15. Suzuki J., Yamaguchi K., Kajikawa M. et al. Genetic evidence that the nonhomologous end-joining repair pathway is involved in LINE retrotransposition. PLoS Genet 2009;5(4):e1000461. DOI: 10.1371/journal.pgen.1000461.
16. Erwin J.A., Paquola A.C.M., Singer T. et al. L1-associated genomic regions are deleted in somatic cells of the healthy human brain. Nat Neurosci 2016;19(12):1583–91. DOI: 10.1038/nn.4388.
17. Dabora S.L., Nieto A.A., Franz D. et al. Characterisation of six large deletions in TSC2 identified using long range PCR suggests diverse mechanisms including Alu mediated recombination. J Med Genet 2000;37(11):877–83. DOI: 10.1136/jmg.37.11.877.
18. Franke G., Bausch B., Hoffmann M.M. et al. Alu-Alu recombination underlies the vast majority of large VHL germline deletions: molecular characterization and genotype-phenotype correlation in VHL patients. Hum Mutat 2009;30(5):776–86. DOI: 10.1002/humu.20948.
19. Hitchins M.P., Burn J. Alu in Lynch syndrome: a danger SINE. Cancer Prev Res (Phila) 2011;4(10):1527–30. DOI: 10.1158/1940-6207.CAPR-11-0417.
20. Hsiao M.C., Piotrowski A., Callens T. et al. Decoding NF1 intragenic copynumber variations. Am J Hum Genet 2015;97(2):238–49. DOI: 10.1016/j.ajhg.2015.06.002.
21. Borun P., De Rosa M., Nedoszytko B. et al. Specific Alu elements involved in a significant percentage of copy number variations of the STK11 gene in patients with Peutz-Jeghers syndrome. Fam Cancer 2015;14(3):455–61. DOI: 10.1007/s10689-015-9800-5.
22. Futreal P.A., Barrett J.C., Wiseman R.W. An Alu polymorphism intragenic to the TP53 gene. Nucleic Acids Res 1991;19(24):6977. DOI: 10.1093/nar/19.24.6977.
23. Kamat N., Khidhir M.A., Jaloudi M. et al. High incidence of microsatellite instability and loss of heterozygosity in three loci in breast cancer patients receiving chemotherapy: a prospective study. BMC Cancer 2012;12:373. DOI: 10.1186/1471-2407-12-373.
24. Briggs E.M., Ha S., Mita P. et al. Long interspersed nuclear element-1 expression and retrotransposition in prostate cancer cells. Mob DNA 2018;9:1. DOI: 10.1186/s13100-017-0106-z.
25. Tang M.L., Xiao P., Zou J.Z. et al. Effect of LINE1-ORF1p overexpression on the proliferation of nephroblastoma WT_CLS1 cells. Zhongguo Dang Dai Er Ke Za Zhi 2018;20(6):501–7. DOI: 10.7499/j.issn.1008-8830.2018.06.014.
26. Aschacher T., Wolf B., Enzmann F. et al. LINE-1 induces hTERT and ensures telomere maintenance in tumour cell lines. Oncogene 2016;35(1):94–104. DOI: 10.1038/onc.2015.65.
27. Whongsiri P., Goering W., Lautwein T. et al. Many different LINE-1 retroelements are activated in bladder cancer. Int J Mol Sci 2020;21(24):9433. DOI: 10.3390/ijms21249433.
28. Wimmer K., Callens T., Wernstedt A., Messiaen L. The NF1 gene contains hotspots for L1 endonuclease-dependent de novo insertion. PLoS Genet 2011;7(11):e1002371. DOI: 10.1371/journal.pgen.1002371.
29. Crivelli L., Bubien V., Jones N. et al. Insertion of Alu elements at a PTEN hotspot in Cowden syndrome. Eur J Hum Genet 2017;25(9):1087–91. DOI: 10.38/ejhg.2017.81.
30. Ramos K.S., Montoya-Durango D.E., Teneng I. et al. Epigenetic control of embryonic renal cell differentiation by L1 retrotransposon. Birth Defects Res A Clin Mol Teratol 2011;91(8):693–702. DOI: 10.1002/bdra.20786.
31. Garen A. From a retrovirus infection of mice to a long noncoding RNA that induces proto-oncogene transcription and oncogenesis via an epigenetic transcription switch. Signal Transduct Target Ther 2016;1:16007. DOI: 10.1038/sigtrans.2016.7.
32. Chen T., Meng Z., Gan Y. et al. The viral oncogene Np9 acts as a critical molecular switch for co-activating betacatenin, ERK, Akt and Notch1 and promoting the growth of human leukemia stem/progenitor cells. Leukemia 2013;27(7):1469–78. DOI: 10.1038/leu.2013.8.
33. Fairbanks D.J., Fairbanks A.D., Ogden T.H. et al. NANOGP8: evolution of a human-specific retro-oncogene. G3 (Bethesda) 2012;2(11):1447–57. DOI: 10.1534/g3.112.004366.
34. Lock F.E., Rebollo R., Miceli-Royer K. et al. Distinct isoform of FABP7 revealed by screening for retroelement-activated genes in diffuse large B-cell lymphoma. Proc Natl Acad Sci 2014;111(34):E3534– 43. DOI: 10.1073/pnas.1405507111.
35. Wiesner T., Lee W., Obenauf A.C. et al. Alternative transcription initiation leads to expression of a novel ALK isoform in cancer. Nature 2015;526(7573):453–57. DOI: 10.1038/nature15258.
36. Scarfò I., Pellegrino E., Mereu E. et al. Identification of a new subclass of ALKnegative ALCL expressing aberrant levels of ERBB4 transcripts. Blood 2016;127(2):221–32. DOI: 10.1182/blood-2014-12-614503.
37. Weber B., Kimhi S., Howard G. et al. Demethylation of a LINE-1 antisense promoter in the cMet locus impairs Met signalling through induction of illegitimate transcription. Oncogene 2010;29(43):5775–84. DOI: 10.1038/onc.2010.227.
38. Jang H.S., Shah N.M., Du A.Y. et al. Transposable elements drive widespread expression of oncogenes in human cancer. Nat Genet 2019;51(4):611–7. DOI: 10.1038/s41588-019-0373-3.
39. Hur K., Cejas P., Feliu J. et al. Hypomethylation of long interspersed nuclear element-1 (LINE-1) leads to activation of proto-oncogenes in human colorectal cancer metastasis. Gut 2014;63(4):635–46. DOI: 10.1136/gutjnl-2012-304219.
40. Babaian A., Romanish M.T., Gagnier L. et al. Onco-exaptation of an endogenous retroviral LTR drives IRF5 expression in Hodgkin lymphoma. Oncogene 2016;35(19):2542–6. DOI: 10.1038/onc.2015.308.
41. Lamprecht B., Walter K., Kreher S. et al. Derepression of an endogenous long terminal repeat activates the CSF1R protooncogene in human lymphoma. Nat Med 2010;16(5):571–9. DOI: 10.1038/nm.2129.
42. Cervantes-Ayalc A., Esparza-Garrido R.R., Velazquez-Floes M.A. Long Interspersed Nuclear Elements 1 (LINE1): the chimeric transcript L1-MET and its involvement in cancer. Cancer Genet 2020;241:1–11. DOI: 10.1016/j.cancergen.2019.11.004.
43. Ito J., Sugimoto H., Nakaoka H. et al. Systematic identification and characte-rization of regulatory elements derived from human endogenous retroviruses. PLoS Genet 2017;13(7):e1006883. DOI: 10.1371/journal.pgen.1006883.
44. Malouf G.G., Monzon F.A., Couturier J. et al. Genomic heterogeneity of translocation renal cell carcinoma. Clin Cancer Res 2013;19(17):4673–84. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-12-3825.
45. Kreimer U., Schulz W.A., Koch A. et al. HERV-K and LINE-1 DNA methylation and reexpression in urothelial carcinoma. Front Oncol 2013;3:255. DOI: 10.3389/fonc.2013.00255.
46. Tahara S., Tahara T., Horiguchi N. et al. Lower LINE-1 methylation is associated with promoter hypermethylation and distinct molecular features in gastric cancer. Epigenomics 2019;11(15):1651– 59. DOI: 10.2217/epi-2019-0091.
47. Shin Y., Kim Y., Wen X. et al. Prognostic implications and interaction of L1 methylation and p53 expression statuses in advanced gastric cancer. Clin Epigenetics 2019;11(1):77. DOI: 10.1186/s13148-019-0661-x.
48. Chang N., Yang W.K., Huang H. et al. The transcriptional activity of HERV-I LTR is negatively regulated by its cis-elements and wild type p53 tumor suppressor protein. J Biomed Sci 2007;14(2):211–22. DOI: 10.1007/s11373-006-9126-2.
49. Montoya-Durango D.E., Ramos K.S. Retinoblastoma family of proteins and chromatin epigenetics: a repetitive story in a few LINEs. Biomol Concepts 2011;2(4):233–45. DOI: 10.1515/bmc.2011.027.
50. Coufal N.G., Garcia-Perez J.L., Peng G.E. et al. Ataxia telangiectasia mutated (ATM) modulates long interspersed element-1 (L1) retrotransposition in human neural stem cells. Proc Natl Acad Sci USA 2011;108(51):20382–7. DOI: 10.1073/pnas.1100273108.
51. Mita P., Sun X., Fenyo D. et al. BRCA1 and S phase DNA repair pathways restrict LINE-1 retrotransposition in human cells. Nat Struct Mol Biol 2020;27(2):179–91. DOI: 10.1038/s41594-020-0374-z.
52. Cherkasova E., Malinzak E., Rao S. et al. Inactivation of the von Hippel–Lindau tumor suppressor leads to selective expression of a human endogenous retrovirus in kidney cancer. Oncogene 2011;30(47):4697–706. DOI: 10.1038/onc.2011.179.
53. Houede N., Piazza P.V., Pourquier P. LINE-1 as a therapeutic target for castration-resistant prostate cancer. Front Biosci (Landmark Ed) 2018;23:1292–309. DOI: 10.2741/4644.
54. Panda A., de Cubas A.A., Stein M. et al. Endogenous retrovirus expression is associated with response to immune checkpoint blockade in clear cell renal cell carcinoma. JCI Insight 2018;3(16):e121522. DOI: 10.1172/jci.insight.121522.
55. Cubas A.A., Dunker W., Zaninovich A. et al. DNA hypomethylation promotes transposable element expression and activation of immune signaling in renal cell cancer. JCI Insight 2020;5(11):e137569. DOI: 10.1172/jci.insight.137569.
56. Andreotti G., Karami S., Pfeiffer R.M. et al. LINE1 methylation levels associated with increased bladder cancer risk in pre-diagnostic blood DNA among US (PLCO) and European (ATBC) cohort study participants. Epigenetics 2014;9:404–15. DOI: 10.4161/epi.27386.
57. Fiano V., Zugna D., Grasso C. et al. LINE-1 methylation status in prostate cancer and non-neoplastic tissue adjacent to tumor in association with mortality. Epigenetics 2017;12(1):11–8. DOI: 10.1080/15592294.2016.1261786.
58. Karami S., Andreotti G., Liao L.M. et al. LINE1 methylation levels in prediagnostic leukocyte DNA and future renal cell carcinoma risk. Epigenetics 2015;10(4):282–92. DOI: 10.1080/15592294.2015.1006505.
Рецензия
Для цитирования:
Мустафин Р.Н. Взаимосвязь гена TP53 с ретроэлементами в канцерогенезе. Онкоурология. 2022;18(1):136-142. https://doi.org/10.17650/1726-9776-2022-18-1-136-142
For citation:
Mustafin R.N. Relationship of TP53 gene with retroelements in urogenital organs carcinogenesis. Cancer Urology. 2022;18(1):136-142. (In Russ.) https://doi.org/10.17650/1726-9776-2022-18-1-136-142