Odkrycie i walidacja biomarkera metylacji DNA osocza do wykrywania raka żołądka

Pomimo znacznego spadku zachorowalności w ostatnich dziesięcioleciach, szacuje się, że w 2012 roku wystąpiło prawie milion nowych przypadków raka żołądka, co czyni go piątym najczęściej występującym nowotworem złośliwym na świecie po raku płuc, piersi, jelita grubego i prostaty. Ponad 70% przypadków (677 000 przypadków) występuje w krajach rozwijających się, a połowa występuje w Azji Wschodniej (głównie w Chinach). Chociaż Ameryka Północna jest uważana za region niskiego ryzyka, każdego roku w Stanach Zjednoczonych diagnozuje się 22 000 przypadków. Pięcioletnie przeżycie w latach 2005-2011 w USA wynosiło mniej niż 30%, ponieważ rak żołądka jest na ogół bezobjawowy we wczesnych stadiach i często daje przerzuty do czasu rozpoznania. Z kolei w Korei Południowej i Japonii, gdzie wdrożono masowe programy badań przesiewowych, a duży odsetek przypadków raka żołądka wykrywa się we wczesnych stadiach, wskaźniki przeżycia 5-letniego wynoszą prawie 70%. Endoskopia UGI została uznana za złoty standard w diagnostyce raka żołądka, ale masowe badania przesiewowe oparte na endoskopii mogą nie być wykonalne w regionach stosunkowo niskiego ryzyka lub słabiej rozwiniętych. Dlatego identyfikacja biomarkerów wczesnego stadium choroby ma kluczowe znaczenie dla opracowania skutecznych strategii badań przesiewowych. Biorąc pod uwagę ostatnie postępy w genetyce raka i technologiach testów, jest to odpowiedni czas na odkrycie minimalnie inwazyjnych, specyficznych i opłacalnych biomarkerów.

Zaskakującym odkryciem w ramach wielkoskalowych projektów genomu raka, takich jak TCGA, była ogromna zmienność wzorców mutacji zarówno w poszczególnych typach nowotworów, jak iw ich obrębie. Nawet najczęściej mutowane geny były zazwyczaj zmienione w mniej niż połowie przypadków danego nowotworu. Dwa najczęściej zmutowane geny kierujące rakiem żołądka, TP53 (białko nowotworowe p53) i ARID1A (bogata w AT domena interaktywna 1A), zostały zmutowane odpowiednio tylko w 44% i 17% przypadków. Wskaźniki mutacji pozostałych genów odpowiedzialnych za raka żołądka były jeszcze niższe. Co ważne, mutacje tych genów są często rozłożone na kilka eksonów, co komplikuje wykrywanie zmienności sekwencji opartej na DNA, ponieważ do osiągnięcia odpowiedniej czułości i mocy wymagana będzie duża liczba próbek i rozległe genotypowanie. W przeciwieństwie do tego, metylacja DNA, która jest chemiczną modyfikacją dinukleotydów CpG, która nie zmienia sekwencji par zasad, generuje silniejszy sygnał w porównaniu ze zmianami genetycznymi. Na przykład metylację w promotorze Stratifin stwierdzono w 96% (24/25) raków sutka, 83% (15/18) raka przewodowego in situ i 38% (3/8) łagodnych atypowych rozrostów, ale było to nie występuje w tkankach piersi zdrowych osób, co sugeruje, że status metylacji tego locus jest wczesnym zdarzeniem raka piersi, które może służyć jako biomarker raka piersi. Nieprawidłowa metylacja DNA występuje we wczesnej fazie karcynogenezy i przyczynia się do rozwoju i progresji. Warto zauważyć, że kompleksowa charakterystyka molekularna 295 pierwotnych raków żołądka w TCGA sklasyfikowała guzy na cztery podtypy molekularne. Wszystkie cztery typy wykazywały hipermetylację DNA w różnym stopniu, przy czym jeden typ był silniej metylowany niż jakakolwiek inna grupa guzów wcześniej analizowana w TCGA. Co więcej, inne badania sugerują również, że nieprawidłowa metylacja może być związana z różnymi stanami przednowotworowymi, takimi jak infekcja Helicobacter pylori, ciężkie zapalenie błony śluzowej żołądka, metaplazja jelitowa i dysplazja, co sugeruje rolę efektu pola epigenetycznego, który może odzwierciedlać najwcześniejsze etapy transformacji nowotworowej żołądka. Co ważne, hipermetylację można wykryć w krążącym wolnym od komórek DNA (cfDNA), które uważa się za pochodzące z tkanek przednowotworowych lub nowotworowych. Trwają wysiłki mające na celu odkrycie markerów metylacji DNA na bazie krwi w różnych typach nowotworów. W szczególności metylowany DNA SEPT9 w osoczu został oceniony pod kątem wykrywania raka jelita grubego, a komercyjny test krwi pod tym kątem jest w trakcie przeglądu w celu zatwierdzenia przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków.