Введение

Потеря гетерозиготности (LOH) – это тип генетической аномалии у диплоидных организмов, при котором происходит потеря одной копии целого гена и прилегающего участка хромосомы. Поскольку диплоидные клетки содержат две копии каждого гена, по одной от каждого родителя, после потери одной копии остается лишь одна, но при этом утрачивается любая гетерозиготность – небольшие различия между аллелями гена, унаследованными от каждого из родителей.

При раке

Потеря гетерозиготности – частое явление в развитии рака. Изначально необходимо гетерозиготное состояние, которое указывает на отсутствие функциональной копии гена-супрессора опухоли в интересующей области. Однако многие люди остаются здоровыми, несмотря на такую потерю, поскольку на другой хромосоме пары хромосом сохраняется одна функциональная копия гена. Эта оставшаяся копия гена-супрессора опухоли может быть инактивирована точечной мутацией или другими механизмами, что приводит к событию потери гетерозиготности и лишает организм защиты со стороны гена-супрессора опухоли. Потеря гетерозиготности не означает гомозиготное состояние (которое подразумевает наличие двух идентичных аллелей в клетке).

Кнудсон, гипотеза о двух ударах в опухолеобразовании

Первый удар: Первый удар традиционно рассматривается как точечная мутация, но чаще всего возникает в результате эпигенетических событий, инактивирующих одну копию гена-супрессора опухоли (TSG), например, Rb1. При наследственных раковых синдромах люди рождаются с уже имеющимся первым ударом. Рак на этом этапе не развивается, поскольку оставшийся аллель TSG на другом локусе продолжает функционировать нормально. Второй удар: Хотя обычно считается, что второй удар представляет собой делецию, приводящую к потере оставшегося функционирующего аллеля TSG, первоначально опубликованный механизм LOH RB1 заключался в митотической рекомбинации/конверсии гена/copy-neutral LOH, а не в делеции. Существует принципиальная разница между делецией и CN LOH, поскольку последний механизм невозможно обнаружить с помощью сравнительной геномной гибридизации (CGH) при подсчете числа копий генов, и для его выявления требуется аллельное генотипирование. В любом случае, LOH приводит к наличию только нефункциональных аллелей TSG, и у человека может развиться рак.

Нейтральный к копированию LOH

Нейтральная потеря гетерозиготности (LOH) так называется, поскольку у пораженного индивидуума не происходит чистого изменения числа копий генов. Возможные причины нейтральной LOH включают приобретенную унипарентальную дисомию (UPD) и конверсию генов. При UPD человек получает две копии хромосомы или ее части от одного родителя и ни одной копии от другого родителя из-за ошибок в мейозе I или мейозе II. Эта приобретенная гомозиготность может привести к развитию рака, если индивидуум унаследовал нефункциональный аллель гена-супрессора опухоли. В опухолевых клетках нейтральная LOH может быть биологически эквивалентна второму «удару» в гипотезе Кнудсона. Приобретенная UPD достаточно распространена как при гематологических, так и при солидных опухолях и, по данным литературы, составляет от 20 до 80% случаев LOH, наблюдаемых в опухолях человека. Определение виртуальных кариотипов с использованием SNP-массивов позволяет получить информацию о числе копий генов во всем геноме и статусе LOH, включая выявление нейтральной LOH. Нейтральную LOH невозможно обнаружить с помощью arrayCGH, FISH или стандартной цитогенетики. SNP-массивы предпочтительны для виртуального кариотипирования опухолей и могут быть использованы для анализа свежих или залитых в парафин тканей.

Ретенобластома

Классическим примером такой потери защитных генов является наследственная ретинобластома, при которой вклад одного из родителей в ген-супрессор опухолей Rb1 дефектен. Хотя в большинстве клеток будет присутствовать функциональная вторая копия, случайная потеря гетерозиготности в отдельных клетках почти неизбежно приводит к развитию этого рака сетчатки у маленького ребенка.

Рак молочной железы и BRCA1/2

Гены BRCA1 и BRCA2 демонстрируют потерю гетерозиготности в образцах опухолей у пациентов с зародышевыми мутациями. BRCA1/2 – это гены, кодирующие белки, которые регулируют путь репарации ДНК, связываясь с Rad51.

Ремонт по гомологичной рекомбинации

При раке молочной железы, яичников, поджелудочной железы и простаты основной фермент, используемый в гомологичном рекомбинационном восстановлении (HRR) повреждений ДНК, часто оказывается дефектным из-за LOH – то есть генетических дефектов в обеих копиях (в диплоидном геноме человека) гена, кодирующего фермент, необходимый для HRR. Такие случаи LOH в этих различных типах рака были выявлены для генов репарации ДНК BRCA1, BRCA2, BARD1, PALB2, FANCC, RAD51C и RAD51D. Минорные аллели в гетерозиготных участках генома, вероятно, оказывают лишь незначительное влияние на жизнеспособность организма по сравнению с de novo мутациями, поскольку отбор успел устранить вредные аллели. Когда аллельная генная конверсия удаляет основной аллель в этих участках, организмы, скорее всего, испытывают небольшое снижение жизнеспособности. Поскольку LOH встречается гораздо чаще, чем de novo мутации, и поскольку последствия для жизнеспособности ближе к нейтральным, этот процесс должен ускорять накопление мутаций по Мюллеровскому козырю быстрее, чем de novo мутации. Хотя этот процесс мало изучен экспериментально, известно, что основным признаком асексуальности в геномах метазоа является геномный LOH – своего рода эффект, обратный эффекту Мезельсона.