Мутации p53 в опухолевых клетках приводят к анеуплоидии

Половина случаев рака у человека сопровождается мутациями, затрагивающими ген TP53. Мутации могут приводить как к образованию нефункционального белка p53 — «стража генома», который в норме является супрессором злокачественных опухолей, — так и к появлению форм p53 с аберрантной активностью. Ученые из Медицинского центра Университета Вандербильдта (США) показали, что экспрессия p53 с ненормальной активностью часто приводит к анеуплоидии, которая вносит весомый вклад в генетическую гетерогенность опухолевых клеток.

Авторы статьи в Nature Communications начали работу с двумя изогенными линиями эпителиальных клеток, одна из которых происходила от клеток нормальной ткани (клетки линии CAL-51), а другая — из опухолевых клеток (клетки линии MCF10A). Далее с помощью системы CRISPR-Cas9 геномы клеток были отредактированы так, чтобы они были полностью лишены функционального белка p53 либо несли наиболее частые миссенс-мутации в соответствующем гене (замены R175H или R273H). Часть клеток по-прежнему экспрессировала p53 дикого типа. После этого исследователи изучили фенотипы модифицированных клеток.

В общей сложности авторы исследования работали с 15 изогенными клеточными линиями, полученными из MCF10A: две экспрессировали p53 дикого типа, четыре были лишены p53, четыре несли мутацию R175H и пять несли мутацию R273H. Из линии CAL-51 была получена 21 клеточная линия: четыре имели p53 дикого типа, пять были лишены p53, четыре несли мутацию R175H и восемь — мутацию R273H.

Секвенирование РНК показало, что во всех модифицированных линиях уровень экспрессии p53 был снижен по сравнению с клетками, экспрессирующими p53 дикого типа. Обработка доксорубицином и последующая оценка уровня экспрессии основных партнеров p53, белков MDM2 и p21, подтвердила, что нормальная активность p53 в модифицированных клетках была сильно снижена или отсутствовала.

В то же время в пяти линиях — производных CAL-51 была существенно повышена частота полиплоидий, причем четыре линии были представлены преимущественно тетрапроидными клетками, что свидетельствует о произошедшем полногеномном удвоении. В линиях-производных MCF10A среднее число хромосом оставалось близко к диплоидному набору, однако во всех из них была повышена частота анеуплоидий и мутаций, затрагивающих только плечи хромосом. В нескольких производных MCF10A был зафиксирован хромотрипсис, то есть полное раздробление хромосом и их повторное соединение. Изменения на уровне хромосом затрагивали клетки с миссенс-мутациями в TP53 статистически значительно чаще, чем клетки, лишенные p53. Наиболее высокая частота анеуплоидий была зафиксирована в клетках-производных MCF10A с заменой R175H в p53. Кроме того, изменения в экспрессии генов в клетках, лишенных p53, не перекрывались с таковыми в клетках с мутантным p53, за исключением гена TP53 и гена, кодирующего гистон H2A.

Авторы исследования показали, что именно анеуплоидия, а не собственно экспрессия мутантного p53 приводит к фенотипическому разнообразию опухолевых клеток по скорости пролиферации, склонности к образованию колоний и метаболическим изменениям. Более того, анеуплоидия, а не сам мутантный p53, чаще всего лежит в основе повышенной злокачественности опухолевых клеток и склонности к метастазированию.