Aim. The screening of molecular genetic markers for a minimally invasive assessment of the radiation therapy effectiveness for rectum malignant tumors.
Materials and methods. The study was carried out in 4 stages: 1) bioinformatic analysis of TCGA (The Cancer Ge- nome Atlas) databases using the GISTIC algorithm; 2) validation of bioinformatics analysis data in a model experiment on cell culture; 3) study of genes copy number features validated in a model experiment in patients with different responses to radiation therapy; 4) determination of the gene copy number in cell-free DNA in patientswith different responses to radiation therapy. 100 patients with rectum adenocarcinoma (G1–2), as well as 30 apparently healthy individuals, took part in the work. Radiotherapy was carried out according to the standard protocol (single focal dose 2.4 Gy, total focal dose 54 Gy) on a Novalis TX linear accelerator. The relative copy number of genetic loci was determined by real-time quantitative polymerase chain reaction.
Results. Bioinformatic analysis revealed 32 candidate genetic loci. Validation of these markers on irradiated HT-29 cells showed that the copy number of BRCA2, H2AX, CASP9 and RBBP8 genes was increased, while the copy number of BCL2 gene was reduced relative to intact cells. In 74 patients with a partial response to radiation therapy, an increase in the copy number of BRCA2, H2AX, RBBP8 and BCL2 was found, which positively correlated with the copy number of these genes in blood plasma cell-free DNA.
Conclusion. The application of an integrated approach based on TCGA database bioinformatic analysis, radiation therapy modeling in cell culture and validation of the identified markers on tissue and blood samples of patients with rectal adenocarcinoma revealed RBBP8, BRCA2, H2AX and BCL2 genes copy number association with the preoperative radiation therapy effectiveness.
Введение. Предоперационная лучевая терапия злокачественных опухолей прямой кишки не всегда эффективна, что связано с формированием радиорезистентности опухолевых клеток. Последняя может быть опосредована аберрантной копийностью генетических локусов.
Цель исследования – поиск молекулярно-генетических маркеров для малоинвазивной оценки эффективности лучевой терапии злокачественных опухолей прямой кишки.
Материалы и методы. Исследование проводили в 4 этапа: 1) биоинформационный анализ базы данных TCGA (The Cancer Genome Atlas) с использованием алгоритма GISTIC; 2) валидация данных биоинформационного анализа в модельном эксперименте на клеточной культуре; 3) исследование особенностей копийности генов, валидированных в модельном эксперименте, у пациентов с разным ответом на лучевую терапию; 4) определение показателя копийности генов во внеклеточной ДНК у пациентов с разным ответом на лучевую терапию. В исследовании добровольно участвовали 100 пациентов с аденокарциномой (G1–2) прямой кишки, а также 30 условно здоровых индивидуумов. Радиотерапию осуществляли по стандартному протоколу (разовая очаговая доза 2,4 Гр, суммарная очаговая доза 54 Гр) на линейном ускорителе Novalis TX. Показатель относительной копийности генетических локусов оценивали методом количественной полимеразной цепной реакции в режиме реального времени.
Результаты. Биоинформационный анализ выявил 32 локуса-кандидата. Валидация этих маркеров на клетках НТ-29, подвергнутых облучению, показала, что уровень копийности CASP9, BRCA2, H2AX и RBBP8 был повышен, а копийности BCL2 снижен относительно клеток, не подвергнутых облучению. У 74 пациентов с частичным ответом на лучевую терапию было обнаружено повышение копийности BRCA2, H2AX, RBBP8 и BCL2, что положительно коррелировало с показателем копийности этих генов во внеклеточной ДНК плазмы крови.
Заключение. Применение комплексного подхода, основанного на биоинформационном анализе базы данных TCGA, моделировании лучевой терапии на культуре клеток и валидации выявленных маркеров на образцах тканей и крови больных аденокарциномой прямой кишки, позволило выявить ассоциацию количества копий генов RBBP8, BRCA2, H2AX и BCL2 с эффективностью предоперационной лучевой терапии.