Онкогенні мутації та нерегульовані шляхи гепатоцелюлярної карциноми, пов’язаної з ожирінням

Предмети

Анотація

Епідеміологічні дослідження показали, що ожиріння та пов'язана з ним неалкогольна жирова хвороба печінки (НАЖХП) сприяють розвитку гепатоцелюлярної карциноми (ГКК). Ми мали на меті виявити генетичні зміни NAFLD-HCC за допомогою секвенування всього екзома. Ми порівняли розвиток HCC у мишей із генетичним ожирінням та мишей із ожирінням, що страждають на дієту, з нежирними мишами дикого типу, які отримували нормальну чау після лікування діетилнітрозаміном. Потім пухлину HCC та сусідні нормальні зразки мишей, що страждають ожирінням та худими, піддавали послідовності послідовності всього екзома. Функціонально-механістичне значення виявлених мутацій у Ефір карбоксильної ліпази (Cel) ген і Вірус саркоми щура Гарві онкоген 1 (Hras) було додатково з’ясовано. Ми продемонстрували значно більший рівень захворюваності на HCC як у генетичних, так і у дієтичних мишей із ожирінням з розвитком НАЖХП, порівняно з худими мишами без НАЖХП. Мутаційні підписи NAFLD-HCC та худих HCC були різними, з

Вступ

В даний час все частіше діагностується гепатоцелюлярна карцинома (HCC) серед людей із ожирінням у західних країнах та Азії. 1, 2, 3, 4 Печінкові прояви ожиріння та метаболічний синдром спільно називають неалкогольною жировою хворобою печінки (НАЖХП). Клінікопатологічний спектр НАЖХП широко варіює від стеатозу печінки до більш агресивної форми неалкогольного стеатогепатиту. Останнім часом неалкогольний стеатогепатит вважається важливим фактором, що спричиняє HCC. 5 Великі популяційні когортні дослідження зі Сполучених Штатів, Європи та Азії демонструють в 1,89 рази підвищений ризик розвитку HCC у когорт із ожирінням у порівнянні зі здоровими групами контролю. 6 Більше того, діабет 2 типу також був визначений як незалежний фактор ризику розвитку ГХК. 7 Незважаючи на те, що відсоток пацієнтів, яким щорічно діагностують ГХК, пов'язаний з НАЖХП (НАЖХП-ГЦК), все ще залишається відносно низьким, ця фактична кількість є високою через велику глобальну популяцію осіб з ожирінням та діабетом. Запалення, спричинене ожирінням, інсулінорезистентність та окислювальний стрес можуть бути задіяні у канцерогенезі НАЖХП-HCC. Проте основний механізм, особливо генетичний механізм канцерогенезу печінки, пов'язаного з НАЖХП, досі невідомий.

Cel, ліпаза ефіру карбоксилу, функціонує в ліпідному обміні, включаючи поглинання ефіру холестерилу в печінці та гідроліз ефірів холестерилу. 8 Людина CEL Повідомляється, що мутація викликає синдром, що включає діабет. 9 Але це ніколи не досліджувалося щодо будь-якого виду раку. Вірус саркоми щура Гарві онкоген 1 (Hras) належить до надсімейства ras. Hras - це GTPase, яка функціонує при перетворенні GTP у ВВП для передачі сигналу для регулювання росту клітин. Мутації генів, що кодують білок Ras, включаючи Hras повідомлялося про рак. 10 Однак участь Cel і Hras досі не продемонстровано при асоційованому з НАЖХП канцерогенезі печінки.

У цьому дослідженні ми продемонстрували, що дієтичне та генетичне ожиріння є прямим промотором розвитку НАЖХП-ГХК, а потім вивчили його механізм дії. Ми поєднали секвенування всього екзома та онкогеноміку між видами, щоб виявити важливі мутації генів, пов’язані з NAFLD-HCC. Ми продемонстрували мутаційну ознаку та вісім важливих шляхів метаболізму та раку у HCC, асоційованому з NAFLD. Ми виявили інактивуючі мутації в Cel і активують мутації в Hras що сприяло розвитку NAFLD-HCC. Крім того, ми з'ясували молекулярні механізми цих мутацій у НАЖХП-HCC.

Результати

NAFLD асоціюється з підвищеною сприйнятливістю гепатокарциногенезу в генетичних та дієтичних моделях мишей із ожирінням

Для порівняння захворюваності на HCC між ожирілими та худими мишами ми лікували генетично ожиріння (дб/дб) миші та худі миші дикого типу з канцерогенним діетилнітрозаміном (DEN) шляхом внутрішньочеревної ін’єкції у віці 13–15 днів; дієтичні миші з ожирінням були встановлені з використанням дієти з високим вмістом жиру (HFD) у віці 2 місяців після введення DEN худим мишам дикого типу (рис. 1а). Через 7 місяців як миші з ожирінням db/db, так і HFD мали значно вищу масу тіла (47,0 ± 9,7 та 48,6 ± 2,3 г проти 29,3 ± 1,7 г; 3 проти 1,5 ± 2,1 мм 3; Фігура 1

Секвенування всього екзома виявило ландшафт геномних змін у HCC, асоційованому з NAFLD

Для з'ясування генетичної основи HCF, асоційованого з NAFLD, пухлинні та сусідні непухлинні печінки двох мишей db/db та двох худих мишей дикого типу піддавали послідовності захоплення всього екзому. Середня глибина секвенування становила 177,0 ± 31,6 ×, охоплюючи 97,7 ± 0,1% цільового екзома. Соматичні та нові однонуклеотидні варіанти (SNV) та невеликі вставки та делеції (indels) були ідентифіковані шляхом порівняння пухлини із сусідніми непухлинними зразками та фільтрування щодо бази даних dbSNP128. Загалом у пухлинах із ідентифікованих 282 нових несинонімічних SNV та 1 екзонічний індекс, що охоплює 277 генів дб/дб мишей, тоді як 271 новий несинонімічний SNV, що охоплює 268 генів, був виявлений у пухлинах контрольних нежирних мишей (без інделу) (рис. 2а). Вісім мутованих генів перекривались між ожирінням та нежирними HCC. Серед генів мутації у мишей із ожирінням три гени, включаючи Cel , 4933432B09Rik і Ттн Встановлено, що (титин) періодично мутують у двох мишей з ожирінням. Cel і 4933432B09Rik мутували лише у мишей з ожирінням, тоді як мутації у Ттн також спостерігався в однієї худої миші (рис. 2а). Тому два гени (Cel і 4933432B09Rik) було виявлено, що вони рецидивують і специфічно мутують у HCC, асоційованому з NAFLD.

Аналіз секвенування всього екзома виявив геномні зміни NAFLD-HCC. (a) HCS-асоційовані несинонімічні мутації були виявлені шляхом секвенування екзомів у дб/дб мишей і худих мишей WT. Гени, мутовані більше ніж у одному випадку, були визначені як періодично мутовані гени. () Аналіз збагачення шляхів KEGG визначив вісім важливих шляхів, що становлять інтерес, і які мають бути суттєво порушеними дб/дб ожиріли миші, тоді як лише двоє у худих мишей.

Важливі шляхи специфічно нерегульовані мутаціями, пов'язаними з НАЖХП, під час гепатокарциногенезу

Щоб зрозуміти дисрегульовані молекулярні процеси в HCC, асоційованому з NAFLD, був проведений аналіз збагачення Кіотської енциклопедії генів і геномів (KEGG) із використанням мутованих генів, виявлених у пухлинах мишей із ожирінням та мишей дикого типу, відповідно. Як показано на малюнку 2b та додатковій таблиці 1, було встановлено, що мутовані гени в асоційованому з NAFLD HCC збагачені вісьмома шляхами раку (з ⩾ 4 генами, задіяними в кожному шляху та ⩾ 4 гени, 11 сигналізація про хемокіни, 12 взаємодія рецепторів цитокінів і цитокінів 13 та щілинна розв’язка 14), крім пов’язаних із раком шляхів (сигналізація MAPK, сигналізація про GnRH, фокальна адгезія та шляхи при раку). Цікаво, що мутував Hras брав участь у шести з восьми уражених шляхів у ожирілих мишей (Малюнок 2b), демонструючи функціональну важливість мутованих Hras в нерегульованій сигнальній мережі через генетичні зміни під час розвитку NAFLD-HCC.