Cancer UrologyCancer UrologyОнкоурология1726-97761996-1812Publishing House ABV Press69610.17650/1726-9776-2017-13-3-27-33DIAGNOSIS AND TREATMENT OF URINARY SYSTEM TUMORS. RENAL CANCERДИАГНОСТИКА И ЛЕЧЕНИЕ ОПУХОЛЕЙ МОЧЕПОЛОВОЙ СИСТЕМЫ. Рак почкиMethylation of 10 miRNA genes in clear cell renal cell carcinoma and their diagnostic valueМетилирование 10 генов микроРНК при светлоклеточном раке почки и их диагностическое значениеLoginovV. I.ЛогиновВ. И.
Russian Federation

1 Moskvorech’e St., Moscow 115478, Russia

8 Baltiyskaya St., Moscow 125315, Russia

Россия, 115478 Москва, ул. Москворечье, 1

Россия, 125315 Москва, ул. Балтийская, 8

BeresnevaE. V.БересневаЕ. В.

1 Pervyy Dorozhnyy Proezd, 117545 Moscow, Russia

Россия, 117545 Москва, 1-й Дорожный проезд, 1

KazubskayaT. R.КазубскаяТ. П.

23 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478, Russia

Россия, 115478 Москва, Каширское шоссе, 23

BragaE. A.БрагаЭ. А.

1 Moskvorech’e St., Moscow 115478, Russia

8 Baltiyskaya St., Moscow 125315, Russia

Россия, 115478 Москва, ул. Москворечье, 1

Россия, 125315 Москва, ул. Балтийская, 8

 

KarpukhinA. V.КарпухинА. В.
Russian Federation

1 Moskvorech’e St., Moscow 115478, Russia

Заведующий лабораторией доктор биологических наук, профессор

Россия, 115478 Москва, ул. Москворечье, 1

karpukhin@med-gen.ruResearch Center for Medical Genetics Institute of General Pathology and PathophysiologyФГБНУ «Медико-генетический научный центр» ФГБНУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»State Research Institute for Genetics and Selection of Industrial MicroorganismsФГБУ «Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов»N. N. Blokhin National Medical Research Oncology Center, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава РоссииResearch Center for Medical GeneticsФБГНУ «Медико-генетический научный центр»3009201713327332906201721082017https://oncourology.abvpress.ru/oncur/article/view/696

Introduction. Clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) is characterized by the high (30–40 % of cases) frequency of lethal outcomes which at metastasis reaches 90 %. Lack of efficient diagnostics at early stages of a disease indicates the need of searching on new ccRCC markers.

Objective: for definition of methylation role of some tumor suppressor microRNA (miRNA) genes in ccRCC pathogenesis and progression and marker identification for ccRCC diagnostics and metastasis predictions.

Materials and methods. The alterations of methylation status of 10 miRNA genes were determined by methylation specific polymerase chain reaction in tumor DNA samples and matched histologically unchanged tissues from 70 patients with ccRCC, as well as in DNA samples of kidney tissues from 19 post-mortal individuals without cancer history. Methylation of MIR MIR-107, -130b and -148a genes in ccRCC was studied for the first time.

Results. It was shown that 8 miRNA genes (MIR-9-1/3, -34b/c, -124a-1/2/3, -129-2, -130b) were methylated in ccRCC tumors with significantly higher frequency than in the matched histologically unchanged kidney tissues. It was established the association of methylation of 4 miRNA genes (MIR-107, -124a-3, -129-2, -130b) with ccRCC progression (stage, tumor size, differentiation grade), including metastasis in the lymph nodes or distant organs, revealed for MIR-107 and -129-2. The association of MIR-107 and -130b methylation with progression of ccRCC is shown for the first time. Potential marker systems are made for ccRCC diagnostics using tumor biopsy; according to the ROC analysis, systems from 4 and 5 genes (MIR-9-1, -4b/c, -124a-3, -129-2/with addition of MIR-130b) are characterized by high clinical sensitivity of 90 % and specificity of 94 % (area under ROC curve 0.93 and 0.94). 

Conclusion. The received results will form the basis of noninvasive ccRCC diagnostics further development. To conclude, it is shown the association of methylation of 9 miRNA genes with ccRCC pathogenesis and progression and its potential diagnostic value.

Введение. Светлоклеточный почечно-клеточный рак почки (скПКР) характеризуется высокой частотой (30–40 %) случаев летальных исходов, которая при метастазировании достигает 90 %. Отсутствие эффективной диагностики на ранних стадиях заболевания указывает на необходимость поиска новых маркеров скПКР.

Цель работы – определение роли метилирования группы генов супрессорных микроРНК (миРНК) в патогенезе и прогрессировании скПКР и идентификация маркеров для диагностики скПКР и прогноза метастазирования.

Материалы и методы. Методом бисульфитной конверсии ДНК с последующей метилспецифичной полимеразной цепной реакцией определено изменение статуса метилирования 10 генов миРНК в образцах ДНК опухоли и парных гистологически неизмененных тканях 70 больных скПКР, а также в образцах ДНК тканей почки 19 умерших от неонкологических заболеваний. Метилирование генов MIR-107, -130b и -148a при скПКР в данной работе исследовано впервые.

Результаты. Показано, что 8 генов миРНК (MIR-9-1/3, -34b/c, -124a-1/2/3, -129-2, -130b) метилированы в опухолях скПКР с достоверно более высокой частотой, чем в парной гистологически неизмененной ткани почки. Установлена значимая связь метилирования 4 генов миРНК (MIR-107, -124a-3, -129-2, -130b) с показателями прогрессирования скПКР (стадия, размер опухоли, степень дифференцировки), в том числе для генов MIR-107 и -129-2 – с метастазированием в лимфатические узлы или отдаленные органы. Связь метилирования генов MIR-107 и -130b с прогрессированием заболевания показана впервые. Составлены потенциальные системы маркеров для диагностики скПКР на основе биопсийного материала; по данным ROC-анализа 2 системы маркеров из 4 и 5 генов (MIR-9-1, -34b/c, -124a-3, -129-2; и с добавлением MIR-130b) характеризуются клинической чувствительностью 90 % и специфичностью 94 % (площадь под ROC-кривой 0,93 и 0,94 соответственно).

Заключение. Полученные результаты в дальнейшем лягут в основу разработки метода неинвазивной диагностики скПКР. Таким образом, показана связь метилирования ряда генов миРНК с патогенезом и прогрессированием скПКР и их потенциальное диагностическое значение.

clear cell renal cell carcinomamethylationmicroRNA genemetastasismarker systemсветлоклеточный почечно-клеточный ракметилированиеген микроРНКметастазированиесистема маркеров1. Vasudev N. S., Selby P. J., Banks R. E. Renal cancer biomarkers: the promise of personalized care. BMC Med 2012;10:112. DOI: 10.1186/1741-7015-10-112. PMID: 23016578.Vasudev N. S., Selby P. J., Banks R. E. Renal cancer biomarkers: the promise of personalized care. BMC Med 2012;10:112. DOI: 10.1186/1741-7015-10-112. PMID: 23016578.2. Cairns P. Renal cell carcinoma. Cancer Biomark 2011;9(1–6):461–73. DOI: 10.3233/CBM- 2011–0176. PMID: 22112490.Cairns P. Renal cell carcinoma. Cancer Biomark 2011;9(1–6):461–73. DOI: 10.3233/CBM- 2011–0176. PMID: 22112490.3. Rydzanicz M., Wrzesinski T., Bluyssen H. A., Wesoly J. Genomics and epigenomics of clear cell renal cell carcinoma: recent developments and potential applications. Cancer Lett 2013;341(2):111–26. DOI: 10.1016/j.canlet.2013.08.006. PMID: 23933176.Rydzanicz M., Wrzesinski T., Bluyssen H. A., Wesoly J. Genomics and epigenomics of clear cell renal cell carcinoma: recent developments and potential applications. Cancer Lett 2013;341(2):111–26. DOI: 10.1016/j.canlet.2013.08.006. PMID: 23933176.4. Randall J. M., Millard F., Kurzrock R. Molecular aberrations, targeted therapy, and renal cell carcinoma: current state-of-the-art. Cancer Metastasis Rev 2014;33(4):1109–24. DOI: 10.1007/s10555-014-9533-1. PMID: 25365943.Randall J. M., Millard F., Kurzrock R. Molecular aberrations, targeted therapy, and renal cell carcinoma: current state-of-the-art. Cancer Metastasis Rev 2014;33(4):1109–24. DOI: 10.1007/s10555-014-9533-1. PMID: 25365943.5. Каприн А. Д., Старинский В. В., Петрова Г. В. Состояние онкологической помощи населению России в 2015 году. М.: МНИОИ им. П. А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России, 2016. 236 с. [Kaprin A. D., Starinskiy V. V., Petrova G. V. State of oncological care in Russia in 2015. Moscow: MNIOI im. P. A. Gertsena – filial FGBU “NMIRTS” Minzdrava Rossii, 2016. 236 p. (In Russ.)].Каприн А. Д., Старинский В. В., Петрова Г. В. Состояние онкологической помощи населению России в 2015 году. М.: МНИОИ им. П. А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России, 2016. 236 с. [Kaprin A. D., Starinskiy V. V., Petrova G. V. State of oncological care in Russia in 2015. Moscow: MNIOI im. P. A. Gertsena – filial FGBU “NMIRTS” Minzdrava Rossii, 2016. 236 p. (In Russ.)].6. Jones P. A. Functions of DNA methylation: islands, start sites, gene bodies and beyond. Nat Rev Genet 2012;13(7):484–92. DOI: 10.1038/nrg3230. PMID: 22641018.Jones P. A. Functions of DNA methylation: islands, start sites, gene bodies and beyond. Nat Rev Genet 2012;13(7):484–92. DOI: 10.1038/nrg3230. PMID: 22641018.7. Vrba L., Muñoz-Rodríguez J. L., Stampfer M. R., Futscher B. W. miRNA gene promoters are frequent targets of aberrant DNA methylation in human breast cancer. PLoS One 2013;8(1):e54398. DOI: 10.1371/journal.pone.0054398. PMID: 23342147.Vrba L., Muñoz-Rodríguez J. L., Stampfer M. R., Futscher B. W. miRNA gene promoters are frequent targets of aberrant DNA methylation in human breast cancer. PLoS One 2013;8(1):e54398. DOI: 10.1371/journal.pone.0054398. PMID: 23342147.8. Kunej T., Godnic I., Ferdin J. et al. Epigenetic regulation of microRNAs in cancer: an integrated review of literature. Mutat Res 2011;717(1–2):77–84. DOI: 10.1016/j.mrfmmm.2011.03.008. PMID: 21420983.Kunej T., Godnic I., Ferdin J. et al. Epigenetic regulation of microRNAs in cancer: an integrated review of literature. Mutat Res 2011;717(1–2):77–84. DOI: 10.1016/j.mrfmmm.2011.03.008. PMID: 21420983.9. Piletič K., Kunej T. MicroRNA epigenetic signatures in human disease. Arch Toxicol 2016;90(10):2405–19. DOI: 10.1007/s00204-016-1815-7. PMID: 27557899.Piletič K., Kunej T. MicroRNA epigenetic signatures in human disease. Arch Toxicol 2016;90(10):2405–19. DOI: 10.1007/s00204-016-1815-7. PMID: 27557899.10. Baylin S. B., Jones P. A. Epigenetic determinants of cancer. Cold Spring Harb Perspect Biol 2016;8(9):a019505. DOI: 10.1101/cshperspect.a019505. PMID: 27194046.Baylin S. B., Jones P. A. Epigenetic determinants of cancer. Cold Spring Harb Perspect Biol 2016;8(9):a019505. DOI: 10.1101/cshperspect.a019505. PMID: 27194046.11. Рыков С. В., Ходырев Д. С., Пронина И. В. и др. Новые гены микроРНК, подверженные метилированию в опухолях легкого. Генетика 2013;49(7):896–901. [Rykov S. V., Khodyrev D. S., Pronina I. V. et al. Novel miRNA genes methylated in lung tumors. Genetika = Genetics 2013;49(7):896–901. (In Russ.)]. DOI: 10.7868/S0016675813070114.Рыков С. В., Ходырев Д. С., Пронина И. В. и др. Новые гены микроРНК, подверженные метилированию в опухолях легкого. Генетика 2013;49(7):896–901. [Rykov S. V., Khodyrev D. S., Pronina I. V. et al. Novel miRNA genes methylated in lung tumors. Genetika = Genetics 2013;49(7):896–901. (In Russ.)]. DOI: 10.7868/S0016675813070114.12. Логинов В. И., Бурденный А. М., Пронина И. В. и др. Идентификация новых генов микроРНК, гиперметилированных при раке молочной железы. Молекулярная биология 2016;50(5): 797–802. [Loginov V. I., Burdennyy A. M., Pronina I. V. et al. Novel miRNA genes hypermethylated in breast cancer. Molekulyarnaya biologiya = Molecular Biology 2016;50(5):797–802. (In Russ.)]. DOI: 10.7868/S0026898416050104.Логинов В. И., Бурденный А. М., Пронина И. В. и др. Идентификация новых генов микроРНК, гиперметилированных при раке молочной железы. Молекулярная биология 2016;50(5): 797–802. [Loginov V. I., Burdennyy A. M., Pronina I. V. et al. Novel miRNA genes hypermethylated in breast cancer. Molekulyarnaya biologiya = Molecular Biology 2016;50(5):797–802. (In Russ.)]. DOI: 10.7868/S0026898416050104.13. Pronina I. V., Loginov V. I., Burdennyy A. M. et al. DNA methylation contributes to deregulation of 12 cancerassociated microRNAs and breast cancer progression. Gene 2017;604:1–8. DOI: 10.1016/j.gene.2016.12.018. PMID: 27998789.Pronina I. V., Loginov V. I., Burdennyy A. M. et al. DNA methylation contributes to deregulation of 12 cancerassociated microRNAs and breast cancer progression. Gene 2017;604:1–8. DOI: 10.1016/j.gene.2016.12.018. PMID: 27998789.14. Логинов В. И., Рыков С. В., Фридман М. В., Брага Э. А. Метилирование генов микроРНК и онкогенез. Биохимия 2015;80(2):184–203. [Loginov V. I., Rykov S. V., Fridman M. V., Braga E. A. Methylation of miRNA genes and oncogenesis. Biokhimiya = Biochemistry 2015;80(2):184–203. (In Russ.)]. DOI: 10.1134/S0006297915020029.Логинов В. И., Рыков С. В., Фридман М. В., Брага Э. А. Метилирование генов микроРНК и онкогенез. Биохимия 2015;80(2):184–203. [Loginov V. I., Rykov S. V., Fridman M. V., Braga E. A. Methylation of miRNA genes and oncogenesis. Biokhimiya = Biochemistry 2015;80(2):184–203. (In Russ.)]. DOI: 10.1134/S0006297915020029.15. Береснева Е. В., Рыков С. В., Ходырев Д. С. и др. Профиль метилирования группы генов микроРНК при светлоклеточном почечно-клеточном раке; связь с прогрессией рака. Генетика 2013;49(3): 366–75. [Beresneva E. V., Rykov S. V., Khodyrev D. S. et al. Methylation profile of group of miRNA genes in clear cell renal cell carcinoma; involvement in cancer progression. Genetika = Genetics 2013;49(3):366–75. (In Russ.)]. DOI: 10.1134/S1022795413030034. PMID: 23755536.Береснева Е. В., Рыков С. В., Ходырев Д. С. и др. Профиль метилирования группы генов микроРНК при светлоклеточном почечно-клеточном раке; связь с прогрессией рака. Генетика 2013;49(3): 366–75. [Beresneva E. V., Rykov S. V., Khodyrev D. S. et al. Methylation profile of group of miRNA genes in clear cell renal cell carcinoma; involvement in cancer progression. Genetika = Genetics 2013;49(3):366–75. (In Russ.)]. DOI: 10.1134/S1022795413030034. PMID: 23755536.16. Береснева Е. В., Логинов В. И., Ходырев Д. С. и др. Гиперметилированные гены микроРНК как потенциальные маркеры светлоклеточного рака почки. Клиническая лабораторная диагностика 2017;62(1):13–8. [Beresneva E. V., Loginov V. I., Khodyrev D. S. et al. The hyper-methylated genes microRNA as potential markers of clear-cell carcinoma of kidney. Clinicheskaya laboratornaya diagnostika = Clinical Laboratory Diagnostics 2017;62(1):13–8. (In Russ.)]. DOI: 10.18821/0869-2084-2017-62-1-13-18.Береснева Е. В., Логинов В. И., Ходырев Д. С. и др. Гиперметилированные гены микроРНК как потенциальные маркеры светлоклеточного рака почки. Клиническая лабораторная диагностика 2017;62(1):13–8. [Beresneva E. V., Loginov V. I., Khodyrev D. S. et al. The hyper-methylated genes microRNA as potential markers of clear-cell carcinoma of kidney. Clinicheskaya laboratornaya diagnostika = Clinical Laboratory Diagnostics 2017;62(1):13–8. (In Russ.)]. DOI: 10.18821/0869-2084-2017-62-1-13-18.17. Sobin L. H., Gospodarowicz M. K., Wittekind Ch. International Union against Cancer. TNM classification of malignant tumours. 7th edn, 2009. Chichester, West Sussex, UK; Hoboken, NJ: Wiley-Blackwell, 2010. Pp. 332. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nlmcatalog/101511218.Sobin L. H., Gospodarowicz M. K., Wittekind Ch. International Union against Cancer. TNM classification of malignant tumours. 7th edn, 2009. Chichester, West Sussex, UK; Hoboken, NJ: Wiley-Blackwell, 2010. Pp. 332. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nlmcatalog/101511218.18. Loginov V. I., Dmitriev A. A., Senchenko V. N. et al. Tumor suppressor function of the SEMA3B gene in human lung and renal cancers. PLos One 2015;10(5):e0123369. DOI: 10.1371/journal.pone.0123369. PMID: 25961819.Loginov V. I., Dmitriev A. A., Senchenko V. N. et al. Tumor suppressor function of the SEMA3B gene in human lung and renal cancers. PLos One 2015;10(5):e0123369. DOI: 10.1371/journal.pone.0123369. PMID: 25961819.19. Lee K. H., Lotterman C., Karikari C. et al. Epigenetic silencing of MicroRNA miR-107 regulates cyclin-dependent kinase 6 expression in pancreatic cancer. Pancreatology 2009;9(3):293–301. DOI: 10.1159/000186051. PMID: 19407485.Lee K. H., Lotterman C., Karikari C. et al. Epigenetic silencing of MicroRNA miR-107 regulates cyclin-dependent kinase 6 expression in pancreatic cancer. Pancreatology 2009;9(3):293–301. DOI: 10.1159/000186051. PMID: 19407485.20. Yang C., Cai J., Wang Q. et al. Epigenetic silencing of miR-130b in ovarian cancer promotes the development of multidrug resistance by targeting colony-stimulating factor 1. Gynecol Oncol 2012;124(2):325–34. DOI: 10.1016/j.ygyno.2011.10.013. PMID: 22005523.Yang C., Cai J., Wang Q. et al. Epigenetic silencing of miR-130b in ovarian cancer promotes the development of multidrug resistance by targeting colony-stimulating factor 1. Gynecol Oncol 2012;124(2):325–34. DOI: 10.1016/j.ygyno.2011.10.013. PMID: 22005523.21. Li H. P., Huang H. Y., Lai Y. R. et al. Silencing of miRNA-148a by hyper methylation activates the integrin-mediated signaling pathway in nasopharyngeal carcinoma. Oncotarget 2014;5(17):7610–24. DOI: 10.18632/oncotarget.2282. PMID: 25277193.Li H. P., Huang H. Y., Lai Y. R. et al. Silencing of miRNA-148a by hyper methylation activates the integrin-mediated signaling pathway in nasopharyngeal carcinoma. Oncotarget 2014;5(17):7610–24. DOI: 10.18632/oncotarget.2282. PMID: 25277193.22. Long X. R., He Y., Huang C., Li J. Micro-RNA-148a is silenced by hypermethylation and interacts with DNA methyltransferase 1 in hepatocellular carcinogenesis. Int J Oncol 2014;44(6):1915–22. DOI: 10.3892/ijo.2014.2373. PMID: 24714841.Long X. R., He Y., Huang C., Li J. Micro-RNA-148a is silenced by hypermethylation and interacts with DNA methyltransferase 1 in hepatocellular carcinogenesis. Int J Oncol 2014;44(6):1915–22. DOI: 10.3892/ijo.2014.2373. PMID: 24714841.23. Sun J., Song Y., Wang Z. et al. Clinical significance of promoter region hypermethylation of microRNA-148a in gastrointestinal cancers. Onco Targets Ther 2014;7:853–63. DOI: 10.2147/OTT.S60888. PMID: 24920927.Sun J., Song Y., Wang Z. et al. Clinical significance of promoter region hypermethylation of microRNA-148a in gastrointestinal cancers. Onco Targets Ther 2014;7:853–63. DOI: 10.2147/OTT.S60888. PMID: 24920927.24. Cao H., Liu Z., Wang R. et al. miR-148a suppresses human renal cell carcinoma malignancy by targeting AKT2. Oncol Rep 2017;37(1):147–54. DOI: 10.3892/or.2016.5257. PMID: 27878305.Cao H., Liu Z., Wang R. et al. miR-148a suppresses human renal cell carcinoma malignancy by targeting AKT2. Oncol Rep 2017;37(1):147–54. DOI: 10.3892/or.2016.5257. PMID: 27878305.25. Kim E. A., Kim T. G., Sung E. G. et al. miR-148a increases the sensitivity to cisplatin by targeting Rab14 in renal cancer cells. Int J Oncol 2017;50(3):984–92. DOI: 10.3892/ijo.2017.3851. PMID: 28098870.Kim E. A., Kim T. G., Sung E. G. et al. miR-148a increases the sensitivity to cisplatin by targeting Rab14 in renal cancer cells. Int J Oncol 2017;50(3):984–92. DOI: 10.3892/ijo.2017.3851. PMID: 28098870.26. Redova M., Poprach A., Nekvindova J. et al. Circulating miR-378 and miR-451 in serum are potential biomarkers for renal cell carcinoma. J Transl Med 2012;10:55. DOI: 10.1186/1479-5876-10-55. PMID: 22440013.Redova M., Poprach A., Nekvindova J. et al. Circulating miR-378 and miR-451 in serum are potential biomarkers for renal cell carcinoma. J Transl Med 2012;10:55. DOI: 10.1186/1479-5876-10-55. PMID: 22440013.27. Wang C., Hu J., Lu M. et al. A panel of five serum miRNAs as a potential diagnostic tool for early-stage renal cell carcinoma. Sci Rep 2015;5:7610. DOI: 10.1038/srep07610. PMID: 25556603.Wang C., Hu J., Lu M. et al. A panel of five serum miRNAs as a potential diagnostic tool for early-stage renal cell carcinoma. Sci Rep 2015;5:7610. DOI: 10.1038/srep07610. PMID: 25556603.28. Yadav S., Khandelwal M., Seth A. et al. Serum microRNA expression profiling: potential diagnostic implications of a panel of serum microRNAs for clear cell renal cell cancer. Urology 2017;104:64–9. DOI: 10.1016/j.urology.2017.03.013. PMID: 28336290.Yadav S., Khandelwal M., Seth A. et al. Serum microRNA expression profiling: potential diagnostic implications of a panel of serum microRNAs for clear cell renal cell cancer. Urology 2017;104:64–9. DOI: 10.1016/j.urology.2017.03.013. PMID: 28336290.29. Marconi L., Dabestani S., Lam T. B. et al. Systematic review and meta-analysis of diagnostic accuracy of percutaneous renal tumour biopsy. Eur Urol 2016;69:660–73. DOI: 10.1016/j.eururo.2016.04.027. PMID: 27157997.Marconi L., Dabestani S., Lam T. B. et al. Systematic review and meta-analysis of diagnostic accuracy of percutaneous renal tumour biopsy. Eur Urol 2016;69:660–73. DOI: 10.1016/j.eururo.2016.04.027. PMID: 27157997.