Mutații oncogene și căi neregulate în carcinomul hepatocelular asociat obezității
Subiecte
Abstract
Studiile epidemiologice au arătat că obezitatea și boala hepatică grasă nealcoolică (NAFLD) aferentă promovează dezvoltarea carcinomului hepatocelular (HCC). Am urmărit să descoperim modificările genetice ale NAFLD-HCC folosind secvențierea întregului exom. Am comparat dezvoltarea HCC la șoarecii obezi genetic și la șoarecii obezi din dietă cu șoareci slabi de tip sălbatic hrăniți cu un chow normal după tratamentul cu dietilnitrosamină. Tumora HCC și probele adiacente normale de la șoareci obezi și slabi au fost apoi supuse secvențierii întregului exom. Importanța funcțională și mecanicistă a mutațiilor identificate în Carboxil ester lipaza (Cel) genă și Oncogenul virusului sarcomului de șobolan Harvey 1 (Hras) a fost elucidată în continuare. Am demonstrat incidențe semnificativ mai mari de HCC atât la șoarecii obezi genetici, cât și la cei dietetici, cu dezvoltare NAFLD, comparativ cu șoarecii slabi fără NAFLD. Semnăturile mutaționale ale NAFLD-HCC și slabe HCC au fost distincte, cu
Introducere
Carcinomul hepatocelular (HCC) este acum din ce în ce mai diagnosticat în rândul persoanelor obeze din țările occidentale și din Asia. 1, 2, 3, 4 Manifestările hepatice ale obezității și sindromului metabolic sunt denumite în mod colectiv boală hepatică grasă nealcoolică (NAFLD). Spectrul clinicopatologic al NAFLD variază de la steatoza hepatică la forma mai agresivă de steatohepatită nealcoolică. Recent, steatohepatita nealcoolică a fost considerată a fi un factor cauzal important în HCC. 5 Studii de cohortă pe scară largă din populație din Statele Unite, Europa și Asia demonstrează un risc crescut de 1,89 ori de HCC în cohorte obeze comparativ cu controalele sănătoase. În plus, diabetul de tip 2 a fost identificat și ca un factor de risc independent pentru HCC. 7 Deși procentul de pacienți diagnosticați anual cu HCC asociat NAFLD (NAFLD-HCC) este încă relativ scăzut, acest număr real este ridicat datorită unei populații mondiale mari de indivizi cu obezitate și diabet. Inflamarea indusă de obezitate, rezistența la insulină și stresul oxidativ pot fi implicate în carcinogeneza NAFLD-HCC. Cu toate acestea, mecanismul de bază, în special mecanismul genetic al carcinogenezei hepatice asociate cu NAFLD, este încă necunoscut.
Cel, carboxil esterul lipazei, funcționează în metabolismul lipidic, inclusiv absorbția esterului colesterilic în ficat și hidroliza esterilor colesterilici. 8 Om CEL s-a raportat că mutația provoacă un sindrom care implică diabet. 9 Dar nu a fost niciodată investigat în niciun fel de tipuri de cancer. Oncogenul 1 al virusului sarcom al șobolanului Harvey (Hras) aparține superfamiliei ras. Hras este o GTPază care funcționează în conversia GTP în PIB pentru a transmite semnalul pentru a regla creșterea celulară. Mutații în genele care codifică proteina Ras, inclusiv Hras au fost raportate în cancer. 10 Cu toate acestea, implicarea Cel și Hras nu a fost încă demonstrată în carcinogeneza hepatică asociată cu NAFLD.
În studiul de față, am demonstrat că obezitatea dietetică și genetică sunt promotori direcți ai dezvoltării NAFLD-HCC și apoi am examinat mecanismul său de acțiune. Am combinat secvențierea întregului exom și oncogenomica încrucișată pentru a identifica mutații genice importante legate de NAFLD-HCC. Am demonstrat semnătura mutației și opt căi metabolice importante și legate de cancer în HCC asociat NAFLD. Am identificat mutații inactivante în Cel și activarea mutațiilor în Hras care a promovat dezvoltarea NAFLD-HCC. Mai mult, am elucidat mecanismele moleculare ale acestor mutații în NAFLD-HCC.
Rezultate
NAFLD este asociat cu o susceptibilitate crescută a hepatocarcinogenezei la modelele genetice și dietetice de șoareci obezi
Pentru a compara incidența HCC între șoareci obezi și șoareci slabi, am tratat obezi genetic (db/db) șoareci și șoareci slabi de tip sălbatic cu dietilnitrosamină carcinogenă (DEN) prin injecție intraperitoneală la vârsta de 13-15 zile; șoarecii obezi din dietă au fost stabiliți utilizând o dietă bogată în grăsimi (HFD) la vârsta de 2 luni după administrarea DEN la șoareci slabi de tip sălbatic (Figura 1a). La 7 luni, șoarecii obezi db/db și HFD aveau greutate corporală semnificativ mai mare (47,0 ± 9,7 și 48,6 ± 2,3 g față de 29,3 ± 1,7 g; 3 vs 1,5 ± 2,1 mm 3; figura 1
Secvențierea întregului exom a relevat peisajul alterării genomice în HCC asociat NAFLD
Pentru a elucida baza genetică a HCC asociată cu NAFLD, ficatul tumoral și non-tumoral adiacent de la doi șoareci db/db și doi șoareci slabi de tip sălbatic au fost supuși secvențierii de captare a întregului exom. Adâncimea medie de secvențiere a fost de 177,0 ± 31,6 ×, acoperind 97,7 ± 0,1% din exomul vizat. S-au identificat variante somatice și noi de un singur nucleotid (SNV) și inserții mici și deleții (indels) prin compararea tumorii cu probele adiacente non-tumorale și filtrarea împotriva bazei de date dbSNP128. Un total de 282 de SNV-uri noi sinonime și 1 indel exonic care acoperă 277 de gene au fost identificate în tumorile din db/db șoareci, în timp ce 271 de SNV-uri noi sinonime care acoperă 268 de gene au fost găsite în tumori de la șoareci de control slabi (fără indel) (Figura 2a). Opt gene mutante s-au suprapus între HCC obezi și slabi. Printre genele de mutație la șoareci obezi, trei gene, inclusiv Cel , 4933432B09Rik și Ttn (titin) s-au dovedit a fi recurent mutate la cei doi șoareci obezi. Cel și 4933432B09Rik au fost mutați doar la șoareci obezi, în timp ce mutații la Ttn a fost, de asemenea, observată la un șoarece slab (Figura 2a). Prin urmare, două gene (Cel și 4933432B09Rik) au fost identificate ca fiind recurent și în mod specific mutate în HCC asociat NAFLD.
Analiza de secvențiere a întregului exom a identificat modificări genomice ale NAFLD-HCC. (A) Mutațiile non-sinonime asociate HCC au fost identificate prin secvențierea exomului în db/db șoareci și șoareci slabi WT. Genele mutate în mai multe cazuri au fost definite ca gene mutante recurente. () Analiza de îmbogățire a căilor KEGG a identificat opt căi importante de interes care ar trebui să fie disregulate în mod semnificativ db/db șoareci obezi, în timp ce doar doi la șoareci slabi.
Căile importante sunt în mod specific neregulate de mutațiile asociate NAFLD în timpul hepatocarcinogenezei
Pentru a înțelege procesele moleculare neregulate în HCC asociate cu NAFLD, s-a efectuat o analiză de îmbogățire a Enciclopediei Kyoto a genelor și genomelor (KEGG) folosind gene mutante identificate în tumori de la șoareci obezi și, respectiv, șoareci de tip sălbatic. Așa cum se arată în Figura 2b și Tabelul 1 suplimentar, genele mutante din HCC asociate cu NAFLD s-au dovedit a fi îmbogățite în opt căi de cancer (cu ⩾ 4 gene implicate în fiecare cale și ⩾ 4 gene, 11 semnalizare chemokină, 12 interacțiune citokină - receptor citokină 13 și joncțiune gap 14) pe lângă căile legate de cancer (semnalizare MAPK, semnalizare GnRH, aderență focală și căi în cancer). Interesant, mutat Hras a fost implicat în șase din cele opt căi afectate la șoareci obezi (Figura 2b), demonstrând importanța funcțională a mutaților Hras în rețeaua de semnalizare nereglementată prin modificări genetice în timpul dezvoltării NAFLD-HCC.