CDKN2A: два супрессора опухоли из одного локуса

Альтернативные рамки считывания: один ген, два белка

Локус CDKN2A кодирует p16INK4a и p14ARF благодаря замечательному генетическому расположению: оба белка имеют общие экзоны 2 и 3, но используют разные первые экзоны (1α для p16INK4a, 1β для p14ARF) и транслируются в разных рамках считывания. Таким образом, эти два белка совершенно не связаны по аминокислотной последовательности: p16INK4a является ингибитором CDK с четырьмя анкириновыми повторами, тогда как p14ARF не обладает ферментативной активностью, но обладает мощными свойствами связывания белков. Эта перекрывающаяся конфигурация рамки считывания не уникальна для CDKN2A, но редко встречается в геноме млекопитающих, что указывает на сильное эволюционное давление, направленное на совместную локализацию этих двух функций опухолевого супрессора.

Несмотря на отсутствие общей белковой последовательности, p16INK4a и p14ARF сходятся к единому клеточному исходу посредством разных механизмов: остановки клеточного цикла G1. p16INK4a достигает этого путем ингибирования CDK4/CDK6, предотвращая фосфорилирование pRb и высвобождение E2F. p14ARF достигает этого путем стабилизации p53 посредством секвестрации MDM2, запуска опосредованной p53 транскрипции p21 и ингибирования CDK2. Делеция, удаляющая обе рамки считывания одновременно, устраняет оба механизма ареста G1 и оба пути супрессора опухоли из одного геномного события.

Эпигенетическое подавление посредством метилирования промотора

Делеция CDKN2A не является единственным механизмом инактивации. Промотор p16INK4a содержит плотный CpG-островок, который является одним из наиболее часто гиперметилированных участков при раке человека, причем опосредованное метилированием молчание обнаруживается примерно в 30% спорадических раковых заболеваний во многих типах тканей. Метилирование промотора p16INK4a является ранним событием канцерогенеза и обнаруживается при предраковых поражениях, включая лейкоплакию полости рта, пищевод Барретта и аденомы толстой кишки, что делает его потенциальным биомаркером раннего выявления рака в жидких биопсиях.

Важно отметить, что эпигенетическое подавление в принципе обратимо: ингибиторы DNMT (азацитидин, децитабин) могут восстанавливать экспрессию p16INK4a в заглушенных метилированием раковых клетках in vitro, хотя клиническую эффективность, в частности, за счет восстановления p16, трудно выделить из глобальных эффектов деметилирования. Промотор p14ARF при спорадическом раке метилируется реже, чем p16INK4a, а это означает, что изолированное замалчивание p16INK4a может происходить без одновременной инактивации ARF.

Механизмы распределения и делеции типов рака

CDKN2A рекуррентно изменяется при многих видах рака, включая меланому, аденокарциному протоков поджелудочной железы, глиому и плоскоклеточный рак. Распространенность и класс изменений существенно различаются в зависимости от типа опухоли и когорты. При раке поджелудочной железы нарушение CDKN2A является одним из нескольких повторяющихся драйверных событий наряду с изменениями KRAS, TP53 и SMAD4; эти события являются общими, но не требуются индивидуально для каждой опухоли.

Делеция, метилирование промотора и варианты последовательности отвечают на разные вопросы. Гомозиготная делеция 9p21 может удалять оба аллеля CDKN2A и может распространяться на соседние гены, такие как MTAP, тогда как более мелкие или специфичные для транскриптов события могут не влиять на одни и те же продукты. Потеря MTAP мотивировала исследования, направленные на PRMT5 и MAT2A, но зависимость и клинические данные зависят от агента и условий. Поэтому анализы числа копий, метилирования и последовательности следует интерпретировать отдельно.

Ключевые выводы

• ·CDKN2A кодирует два совершенно несвязанных белка-супрессора опухоли из перекрывающихся рамок считывания: p16INK4a (ингибитор CDK4/6 с четырьмя анкириновыми повторами) и p14ARF (MDM2-секвестрирующий ядрышковый белок), имеющие общие экзоны 2 и 3, но разные первые экзоны и рамки считывания.
• ·Широкая делеция CDKN2A может влиять на контроль как p16INK4a-RB, так и p14ARF-MDM2-p53, но границы делеции и последствия транскрипта должны быть установлены.
• ·Гиперметилирование промотора p16INK4a является одним из самых ранних обнаруживаемых эпигенетических изменений в канцерогенезе и служит потенциальным биомаркером жидкой биопсии для раннего выявления рака в группах риска.
• ·Делеция CDKN2A часто приводит к удалению MTAP в локусе 9p21.3, создавая синтетическую летальность ингибитора PRMT5, которая используется в клинических исследованиях рака с нулевым MTAP.
• ·CDKN2A, KRAS, TP53 и SMAD4 периодически изменяются при аденокарциноме протоков поджелудочной железы, но частота варьируется, и для каждой опухоли не требуется фиксированная комбинация из четырех событий.