NGS (секвенування нового покоління) - найсучасніша молекулярна діагностика в CSD

За останні роки значно зросла кількість нових розробок в сфері персоналізованої діагностики та медицини. І якщо на початок XXI століття секвенування ДНК вважалося технологією майбутнього, занадто складною та дорогою для повсякденного використання в діагностиці, на сьогодні секвенування нового покоління (NGS) дозволяє швидко та ефективно дізнатись послідовність нуклеотидів в регіоні інтересу.

На 2020 рік в Україні було зафіксовано 162 594 нових випадків онкологічних захворювань та 84 194 смерті від онкології. За даними Всесвітньої організації з охорони здоров’я (World Health Organisation), в 2020 році в Україні найпоширеніші нові випадки онкології відносяться до колоректального раку, раку молочної залози та раку легень (обидві статі, незалежно від віку), а серед жінок,a також в світовій статистиці, рак молочної залози займає перше місце серед нових онкологічних захворювань.

Рис. 1. Статистика за типами онкологічних захворювань в Україні за 2020 рік. World Health Organization, Globocan [1].

Ризик виникнення раку молочної залози, а також раку яєчників і простати може бути детермінованим як генетичними мутаціями, що виникли протягом життя людини, так і спадковими мутаціями, що передаються з покоління в покоління (~10%) [2]. Ідентифікація мутацій, що є біологічними маркерами цих онкологічних процесів, дозволяє виявити приналежність людини до груп ризику розвитку відповідних захворювань.

Серед ключових генетичних чинників розвитку раку молочної залози та яєчників, важлива роль належить мутаціям в генах BRCA1 та BRCA2 (далі BRCA1/2). Гени BRCA1/2 кодують білки, які допомагають відновлювати пошкоджену ДНК. У кожної людини є дві копії кожного з цих генів, успадковані по одній копії від кожного з батьків. BRCA1 та BRCA2 називають генами-супресорами пухлини, оскільки пошкодження генетичного коду цих послідовностей може впливати на функціонал відповідних білків, внаслідок чого може розвинутися рак. Успадкування патогенних варіантів цих генів збільшує ризик виникнення декількох видів раку, зокрема, раку молочної залози та яєчників, простати, раку підшлункової, та ін. Патогенні гермінативні мутації BRCA1/2 є причиною близько 10% випадків раку молочної залози та яєчників. Серед жінок-носіїв мутацій в генах BRCA1/2, ризик розвитку раку молочної залози впродовж життя становить ~72% з мутацією в BRCA1 та ~69% – в BRCA2. Щодо раку яєчників, ризик розвитку захворювання до 80 років становить ~44% з мутацією в BRCA1, та ~17% – в BRCA2 [3]. В пухлинах, патогенні соматичні мутації BRCA1/2 призводять до порушення систем репарації ДНК, що може впливати на клональну диференціацію та визначати доцільність терапевтичного втручання.

Гени BRCA1 та BRСA2 є важливими клінічними біомаркерами, що визначають як приналежність людини до груп ризику розвитку онкології, так і класифікацію існуючої пухлини, можливі показники резистентності до терапії, та чітку картину генетичних змін.

Тестування на визначення мутацій BRCA1/2 (BRCA1 та BRCA2) проводиться за методиками ПЛР (зазвичай ПЛР в режимі реального часу) та секвенування нового покоління (NGS). В той час як ПЛР дослідження дають змогу аналізувати чітко визначені мутації в невеликій кількості добре досліджених регіонів цих генів, NGS панелі дозволяють аналізувати всю послідовність гена та ідентифікувати як добре відомі генетичні зміни, так і нові недосліджені мутації. Завдяки новітнім технологіям Illumina (R), генетичні послідовності зчитуються десятки тисяч разів, що забезпечує щільне покриття і радикально зменшує вірогідність хибної інтерпретації результатів.

Рис. 2. Поширення патогенних варіантів BRCA1/2 в Європі та США, Азії, та Китаї. Варіанти поширені в різних регіонах позначені кольорами: синій – Європа та США, зелений – Азія, червоний – Китай. Одна крапка відображає один варіант, а довжина стовбця характеризує частоту виникнення мутації у відповідній групі. a – BRCA1; b – BRCA2 [5].

Аналіз варіантів на основі методу NGS є найсучаснішою на сьогоднішній день практикою дослідження важливих генетичних змін. Порівняно з ПЛР аналізом, методика NGS фактично усуває вірогідність незнаходження важливих перебудов в межах детекції реакції.

На практиці, аналіз послідовності генів сімейства BRCA проводиться за двома типами матеріалу: операційний матеріал після видалення пухлини та периферична кров. За результатами генетичного аналізу пухлинного матеріалу визначаються як гермінативні, так і соматичні мутації. Результати дослідження дозволяють зробити висновки про важливі перебудови генетичного профілю пухлини, що допомагає у персоналізованому виборі протипухлинної терапії. А при аналізі периферичної крові можна визначити спадкові мутації BRCA1/2 і, відповідно, приналежність людини, а також підозру на приналежність її родичів, до групи ризику щодо розвитку спадкових раків.

В межах спектру послуг Медичної лабораторії CSD в галузі молекулярної діагностики, для дослідження мутацій в генах BRCA1 та BRCA2 використовуються переважно методики на основі NGS секвенування. Скринінг послідовностей BRCA1/2 є доступним не тільки у вигляді  окремого дослідження, але і в комплексі з аналізом інших генів. Такі NGS панелі є зазвичай спрямованими на певну модель пацієнта, та, на відміну від дослідження генетичних змін безпосередньо в пухлинах, можуть бути спрямовані на визначення спадкової схильності до розвитку онкологічних захворювань (М028, 30 генів).

Денис Козаков,

Молекулярний біолог,

співробітник відділу молекулярної патології та генетики,

CSD Medical Laboratory, Ukraine

Джерела:

1. Globocan 2020 © International Agency for Research on Cancer 2021.
2. Rizzolo P, Silvestri V, Falchetti M, Ottini L. Inherited and acquired alterations in development of breast cancer. Appl Clin Genet. 2011 Nov 14;4:145-58. doi: 10.2147/TACG.S13226.
3. Kuchenbaecker KB, Hopper JL, Barnes DR, et al. Risks of Breast, Ovarian, and Contralateral Breast Cancer for BRCA1 and BRCA2 Mutation Carriers. JAMA. 2017; 317(23):2402–2416. doi:10.1001/jama.2017.7112.
4. Lee J-m, Ledermann JA & Kohn ЕС. PARP Inhibitors for BRCA1/2 mutation-associated and BRCA-like malignancies. Annals of Oncology 2014, 25: 32–40. doi:10.1093/annonc/mdt384.
5. Liu, Y., Wang, H., Wang, X. et al. Prevalence and reclassification of BRCA1 and BRCA2 variants in a large, unselected Chinese Han breast cancer cohort. J Hematol Oncol 14, 18 (2021).https://doi.org/10.1186/s13045-020-01010-0.