ИСТИНА

Феохромоцитома (ФХЦ) – опухоль из хромаффинной ткани, возникающая в мозговом слое надпочечника и продуцирующая катехоламины. Совокупные данные современных исследований позволили сделать вывод о том, что все ФХЦ обладают метастатическим потенциалом, поэтому с 2017 г. все опухоли данного вида считаются злокачественными. Установлено, что у 70% пациентов причиной опухолей выявляется генная мутация. К настоящему времени идентифицированы как герминальные, так и соматические мутации в более чем двадцати генах, ассоциированные с заболеванием. Однако в действительности генов, изменение экспрессии которых приводит к патологическому фенотипу, намного больше. В последнее время значительное внимание уделяется анализу транскрипционного профиля не только белок-кодирующих генов, но и малых и длинных некодирущих РНК в клетках опухолей пациентов. Однако все имеющиеся данные не выявляют четкой картины, так как проводятся без учета классификации пациентов согласно их мутационному статусу. Предложены патоморфологические предикторы метастатического потенциала опухолей, однако до сих пор не разработана стандартизированная система прогнозирования злокачественного потенциала ФХЦ с учетом генетических предикторов, что не позволяет персонализировать подход к каждому пациенту. Одной из причин такой ситуации может быть недостаточная полнота информации, касающейся свойств и характеристик всех потенциальных биомаркеров, которые невозможно всесторонне оценить, опираясь лишь на методы классической статистики. Цель настоящего проекта – выявление и характеристика генетической составляющей ФХЦ с помощью комплексного анализа. Комплексный анализ предполагает: 1. молекулярно-генетическое и метаболическое профилирование клинических образцов пациентов с ФХЦ; 2. валидация модельных биологических объектов, имеющих генетические и фенотипические проявления ФХЦ, с целью детального изучения влияние генетических аберраций на метаболические пути вовлеченные в развитие патологии; 3. создание новых математических алгоритмов для поиска биомаркеров и построения метаболомных карт, а также построение математических моделей для описания и предсказания развития патологии, основанных на сочетании ассоциативных исследований по типу «случай/контроль» и современных алгоритмов работы с данными, получившими название методов искусственного интеллекта. В качестве биологической модели выбрана D.melanogaster, которая имеет гомологи всех генов-кандидатов, ассоциированных с ФХЦ и может использоваться для моделирования отдельных этапов патогенеза. Выбор дрозофилы, объясняется, прежде всего, доступностью большого арсенала методов манипуляции с геномом. Это позволяет достаточно легко, направленно и тканеспецифично изменять у дрозофилы экспрессию ортологов генов, ассоциированных с ФХЦ у человека, и, с одной стороны, исследовать генные взаимодействия, а с другой стороны - осуществлять поиск потенциальных ингибиторов патогенных эффектов мутаций, что будет способствовать разработке методов лечения заболевания.

Pheochromocytoma (PC) is a tumor of chromaffin tissue that arises in the adrenal medulla and produces catecholamines. The cumulative data of modern studies have led to the conclusion that all FCCs have metastatic potential, therefore, since 2017, all tumors of this type are considered malignant. It has been established that in 70% of patients the cause of tumors is a gene mutation. To date, both germline and somatic mutations in more than twenty genes associated with the disease have been identified. However, in reality there are many more genes, changes in the expression of which lead to a pathological phenotype. Recently, considerable attention has been paid to the analysis of the transcriptional profile of not only protein-coding genes, but also small and long non-coding RNAs in patient tumor cells. However, all available data do not reveal a clear picture, since they are carried out without taking into account the classification of patients according to their mutation status. Pathomorphological predictors of the metastatic potential of tumors have been proposed, but a standardized system for predicting the malignant potential of FCC taking into account genetic predictors has not yet been developed, which does not allow personalizing the approach to each patient. One of the reasons for this situation may be the insufficient completeness of information regarding the properties and characteristics of all potential biomarkers, which cannot be comprehensively assessed based only on classical statistical methods. The goal of this project is to identify and characterize the genetic component of FCC using a comprehensive analysis. A comprehensive analysis involves: 1. molecular genetic and metabolic profiling of clinical samples of patients with FCC; 2. validation of model biological objects with genetic and phenotypic manifestations of FCC, with the aim of detailed study of the influence of genetic aberrations on metabolic pathways involved in the development of pathology; 3. creation of new mathematical algorithms for searching for biomarkers and constructing metabolomic maps, as well as constructing mathematical models for describing and predicting the development of pathology, based on a combination of association studies of the “case/control” type and modern algorithms for working with data, called artificial intelligence methods . D. melanogaster was chosen as a biological model, which has homologues of all candidate genes associated with FCC and can be used to model individual stages of pathogenesis. The choice of Drosophila is explained, first of all, by the availability of a large arsenal of genome manipulation methods. This makes it possible to quite easily, directionally and tissue-specifically change in Drosophila the expression of orthologs of genes associated with FCC in humans, and, on the one hand, to study gene interactions, and on the other hand, to search for potential inhibitors of the pathogenic effects of mutations, which will contribute to the development of treatment methods diseases.

В рамках проекта впервые планируется провести комплексное исследование клинических, морфологических, биохимических, молекулярно-генетических и эпигенетических характеристик ФХЦ с целью выявления возможных маркеров агрессивного течения, в том числе метастазирования с потенциальным выделением независимых предикторов и/или прогностических паттернов. Будет создана база данных значимых мутаций для исследуемой популяции. Впервые предполагается разработать математическую модель с применением машинного обучения для раннего выявления ФХЦ, прогнозирования динамики течения болезни и персонализированного подхода к лечению. В ходе проекта будет проанализирован метаболомный состав клинических образцов, измерен уровень АФК, установлен уровень витамина К в крови исследуемой выборки пациентов и проведен корреляционный анализ, включающий данные клинических, молекулярно-генетических и биохимических исследований. Синтетический растворимый аналог витамина К – соль ВК3 (ВК3 натрия бисульфит), известный в отечественной медицине под названием Викасол, используют как гемостатик. Напротив, варфарин применяется в медицинской практике как антикоагулянт непрямого действия, который подавляет синтез витамин К-зависимых факторов свертывания крови. Викасол при передозировке приводит к гиперпротромбинемии, а варфарин – к кровотечениям, которые могут быть чреваты тяжелыми последствиями. Витамин К может являться как биохимическим маркером заболевания, так и потенциальным протектором. Влияние различных доз витамина К, который потенциально может являться индуктором окислительного стресса, следует проводить на биологических моделях. Все существующие модели, полученные на млекопитающих (модельные мыши, клеточные культуры), имеют ряд недостатков. Ортологи генов, мутации в которых приводят к развитию заболевания, присутствуют в геномах многих животных, от насекомых до позвоночных. Так, D.melanogaster имеет гомологи всех генов-кандидатов, ассоциированных с ФХЦ и может использоваться для моделирования отдельных этапов патогенеза, связанных с мутациями в конкретных генах. Поэтому выбор нами дрозофилы для моделирования консервативных генетических процессов, объясняется, прежде всего, доступностью большого арсенала методов манипуляции с геномом, позволяющие относительно легко получать трансгенные модели, нокаутные модели или модели с тканесцецифическим нокдауном гена. Это позволяет, с одной стороны, направленно и тканеспецифично изменять генов ортологов и обнаруживать генные взаимодействия; с другой стороны, достаточно далекое родство между дрозофилой и человеком позволит выявить высококонсервативные сайты в аминокислотных последовательностях белков исследуемых генов. Кроме того, на дрозофиле достаточно исследовать эффекты потенциальных ингибиторов патогенных эффектов, что будет способствовать в разработке методов лечения заболевания у человека. В ходе проекта на D.melanogaster будет проведено биологическое моделирование одного из основных механизмов развития ФХЦ: изучено влияние тканеспецифичного нокдауна генов комплекса SDH на фенотип мух и на экспрессию генов выбранной панели с целью установления возможных корреляций. Будет осуществлен поиск потенциальных модуляторов патологического состояния у мутантов по генам исследуемой панели генов.

Для решения поставленных задач используются узкоспециализированные подходы и лабораторное оборудование, применение которых требует коллаборации для обеспечения измерений, интерпретации получаемых результатов измерений и обработки данных. Поэтому для реализации проекта требуется привлечение экспертов из различных областей знаний. На биологическом факультете кафедра генетики является ведущим коллективом в области исследований молекулярных основ геномной нестабильности, коллектив владеет широким арсеналом методов, имеет длительный опыт работы с модельным объектом Drosophila melanogaster; кафедра биохимии является лидером в области изучения молекулярных основ функционирования клеток; кафедра биофизики располагает арсеналом современных биофизических методов анализа биологических систем с использованием спектроскопии ЭПР. Кафедра внутренних болезней ФФМ является экспертом в области клинической и лабораторной диагностики внутренних болезней. Кафедра математики физического факультета является признанным экспертом в области математического моделирования сложных процессов и систем. Кафедрой аналитической химии химического факультета накоплен большой практический опыт разработки методик анализа и проведения исследований биологических объектов на комплексе масс-спектрометрического оборудования. Участники проекта в совокупности владеют широким набором современных генетических, молекулярно-генетических, биофизических и биоинформатических методов, химических, математических методов, многие из которых были специально адаптированы для решения стоящих перед лабораторией задач. К выполнению проекта привлечены как сотрудники, имеющие достаточный для выполнения проекта опыт работы с приборной и методической базой, так и студенты биологического факультета, физического факультета, факультета фундаментальной медицины, отобранные на конкурсной основе и имеющие большое желание работать над проектом.

Будет проведено комплексное исследование клинических, морфологических, биохимических, молекулярно-генетических и эпигенетических характеристик ФХЦ как возможных маркеров агрессивного течения, в том числе метастазирования с потенциальным выделением независимых предикторов и/или комбинаторных систем. Будет проведено исследование возможности использования экспрессионных маркеров заболевания, что позволит разработать методы неинвазивной диагностики ФХЦ. Будут получены новые данные на дрозофиле об отдельных элементах патогенеза, связанных с мутациями в конкретных генах. Будет разработана математическая модель для прогнозирования динамики течения болезни для персонализированного подхода к лечению.