Генетический мозаицизм в эмбрионе: скрытая угроза рака?

Наш генетический код не настолько однороден, как мы думаем

Традиционно считается, что все клетки нашего организма имеют одинаковую последовательность ДНК. Однако исследования последних лет с применением технологий секвенирования нового поколения показывают, что это представление неполно. Организм человека состоит из групп клеток, которые накапливают различные мутации со временем и в ходе развития и потому немного отличаются друг от друга генетически. Такая биологическая мозаика называется «генетическим мозаицизмом».

При каждом делении клетки возникает примерно 10 новых мутаций . Каждая клетка новорождённого несёт в среднем более 120 мутаций . Большинство мутаций безвредны, но некоторые со временем могут стать основой серьёзных заболеваний, включая рак.

Что такое генетический мозаицизм?

Мутации, возникающие на ранних этапах развития эмбриона, могут распространяться в ткани, происходящие от этой клетки. В итоге в одном организме формируются генетически различные группы клеток. Это состояние называют «генетическим мозаицизмом». Подобно мозаикам в искусстве, где изображение складывается из разных небольших камней, в биологии различные клетки образуют единое целое.

3-й механизм после средовых и наследственных факторов: мозаицизм

Самый распространённый сценарий развития рака — накопление в клетках на протяжении жизни изменений ДНК, называемых соматическими мутациями . Они возникают под воздействием факторов среды — курения, ожирения, алкоголя, некоторых вирусных инфекций, таких как HPV, — а также старения и клеточного стресса. Однако у некоторых людей этот процесс может быть ускорен с рождения, что связано с наследственными (герминальными) мутациями . Наследственные мутации генов-супрессоров опухолей, таких как BRCA1/2, TP53 и APC, предрасполагают некоторых людей к раку с ранних лет жизни.

В последние годы внимание привлекает третья категория: мозаичные мутации. Эти мутации не являются ни полностью наследственными, поскольку присутствуют не во всех клетках, ни классическими соматическими мутациями, приобретёнными позднее. Они возникают на раннем этапе эмбрионального развития и распространяются во все ткани, происходящие от соответствующей клетки. В результате в одних клетках человека мутация есть, а в других её нет.

Мозаичные мутации особенно важны по следующим причинам:

• Они могут быть клинически незаметными: поскольку мутация есть лишь в некоторых клетках, признаки заболевания могут проявляться поздно, а диагностика — затрудняться.

• Их трудно обнаружить с помощью тестов: при низкой доле клеток с мутацией, например <20%, стандартные генетические тесты могут не выявить это изменение.

• Они могут вести себя как наследственные: в частности, гонадные мозаичные мутации, затрагивающие половые клетки, могут передаваться следующим поколениям и приводить к повторным случаям рака в семье.

• Они могут вызывать рак: если мозаичная мутация находится, например, в гене TP53, противоопухолевые функции в некоторых клетках могут выключаться. Это повышает риск их неконтролируемого размножения.

Поэтому мозаицизм выходит на первый план как понятие, которое долго игнорировали при изучении генетических основ рака, но которое сегодня способно кардинально повлиять на диагностику и оценку риска.

Что показывает VAF (Variant Allele Frequency)?

VAF (частота вариантного аллеля)показывает долю клеток с определённой мутацией в исследуемом генетическом материале, например в опухолевой ткани или крови. Если VAF составляет 10%, это означает, что мутация присутствует примерно в 10% клеток данной ткани.

Генетический мозаицизм обычно проявляется частотой вариантного аллеля ниже 50% :

• Герминальная гетерозиготность: VAF ≈ 50%

• Мозаичная мутация: VAF 5–40%. Поэтому мутации с низкой VAF требуют тщательного анализа. Варианты в некодирующих областях нуждаются в более сложной интерпретации их биологических эффектов.

Примеры мозаицизма в разных сценариях

Пример 1: генетический тест «отрицательный», но клиническая картина указывает на наследственный риск

Сценарий: Пациентка заболевает раком молочной железы в молодом возрасте . Выраженного семейного анамнеза нет, однако возраст и тип опухоли, например трижды негативный, предполагают наследственный риск. Мультигенная панель не выявляет значимых мутаций, в том числе в BRCA1/2.

Возможное объяснение: Это может быть связано с мозаичной мутацией , которую не выявляют стандартные генетические тесты.

• Если мутация возникла в эмбриональном периоде, она может присутствовать лишь в некоторых клетках человека, например в ткани молочной железы. Но поскольку генетический тест чаще всего выполняют по крови, при исследовании эта мутация может остаться «невидимой».

• В частности, при низкой частоте вариантного аллеля (VAF) , например менее 10%, стандартные тесты могут её пропустить.

• Выявление мутации в опухолевой ткани при её отсутствии в крови либо подозрительных мутаций с низкой VAF в cfDNA (циркулирующей свободной ДНК — circulating free DNA) может указывать на мозаицизм.

Клинически важный момент: Даже при «отрицательном» результате генетического теста таких пациентов следует относить к группе риска. Может также потребоваться повторная оценка с помощью более совершенных методов: сверхглубокого секвенирования, анализа опухолевой ДНК или образцов других тканей пациента.

Пример 2: выраженный семейный анамнез и рак молочной железы у пациентки, но генетический тест отрицательный

Вопрос: У пациентки рак молочной железы возник в молодом возрасте, в семье было много случаев рака. Однако мультигенная панель не выявляет значимой мутации. Можно ли в такой ситуации предположить мозаицизм?

Ответ: Да, мозаицизм может быть одним из возможных объяснений.

• Пациентка может мозаично нести герминальную мутацию . То есть мутация есть в некоторых клеточных линиях, например в молочной железе или зародышевой линии, но из-за очень низкой VAF в периферической крови генетический тест мог её не обнаружить.

• При таком сочетании «отрицательный тест, но высокий клинический риск» выявлению мозаицизма могут помочь дополнительные исследования эпителиальных тканей, например опухолевой ткани, сверхглубокое секвенирование или анализ cfDNA .

• Следует также учитывать ограниченность тестовой панели, например отсутствие анализа эпигенетических изменений, и варианты, обозначенные в отчёте как «VUS».

Вывод: В такой ситуации вероятность мозаичных мутаций BRCA1/2, TP53 или других генов предрасположенности высока, а мозаицизм может объяснять клиническую картину.

Пример 3: у пациента есть мутация BRCA1, но в семье не было случаев рака

Вопрос: Генетический тест выявил мутацию BRCA1, однако семейного анамнеза рака молочной железы или яичников нет. Является ли эта мутация наследственной? Возможен ли мозаицизм?

Ответ: Да, это также может указывать на мозаицизм.

• Эта мутация могла возникнуть de novo , то есть после образования зиготы пациента, затронув часть как герминальных, так и соматических клеток.

• Другой вариант — у одного из родителей этого человека может быть гонадный мозаицизм : тогда у самого человека мутация видна в крови, но при обследовании крови родителей её не обнаруживают, поскольку она возникла на раннем этапе эмбрионального развития только в гонадных клетках родителя.

• Если VAF мутации ниже типичного уровня гетерозиготности, например 20–30%, вероятность соматического мозаицизма повышается.

• Отсутствие наследования в семье может указывать на то, что эта мутация представляет собой индивидуальное мозаичное событие, а не семейное .

Вывод: Мутация BRCA1, выявленная без семейного анамнеза, может выглядеть как классическая наследственная мутация, но быть мозаичным событием или мутацией de novo .

Кратко для клинической практики:

Насколько распространён мозаицизм при раке?

Исследование, показавшее низкую частоту

В исследовании, опубликованном в 2022 году в Cancer Discovery , учёные Memorial Sloan Kettering Cancer Center обследовали более 35000 онкологических пациентов с помощью одобренной FDA широкой генетической панели MSK-IMPACT. Лишь у 36 пациентов (0,1%) выявили патологические мозаичные мутации, возникшие в эмбриональном периоде. Среди наиболее часто затронутых генов были TP53 и RB1 . Такая низкая частота позволяет предполагать либо редкость мозаичных мутаций, либо ограниченную способность существующих тестов их обнаруживать.

Исследование, показавшее высокую частоту

Работа, опубликованная в 2024 году в International Journal of Colorectal Disease , представляет собой систематический обзор и метаанализ, направленный на оценку частоты и клинического значения генетического мозаицизма при колоректальном раке (КРР) и синдромах полипоза. В ходе обширного поиска в PubMed, Scopus и Web of Science исследователи отобрали 27 подходящих работ и проанализировали их данные.

В анализе, охватившем в общей сложности 2272 пациентов, соматический мозаицизм обнаружили у 108. Общая частота мозаицизма в этой группе заболеваний составила 8,79% (95% доверительный интервал: 5,1% – 14,7%). Результаты показывают, что генетический мозаицизм в этой группе заболеваний может встречаться чаще, чем предполагалось.

В подгрупповом анализе обращала на себя внимание более высокая частота мозаицизма в отдельных генах.

• APC — частота мозаицизма 13,43%;
• MLH1 — 2,75%;
• MSH2 — 9,69%.

Эти показатели предполагают особую связь перечисленных генов с мозаичными мутациями.

В заключении работы соматический мозаицизм назван важным фактором генетического разнообразия колоректального рака и синдромов полипоза; подчёркнута необходимость уделять ему больше внимания в клинической практике. В частности, оценка мозаицизма у пациентов, которым не удалось поставить диагноз с помощью стандартных герминальных тестов , может непосредственно влиять на диагностику и лечение. Поэтому предложено включить поиск мозаицизма в алгоритмы генетического тестирования.

Другие работы, подчёркивающие клиническое значение мозаицизма

1. Мозаичные мутации TP53 и двусторонний рак молочной железы — исследование в Китае (2024)

В исследовании, опубликованном в августе 2024 года в Breast Cancer Research and Treatment ,

оценили частоту мутаций гена TP53 и фенотипические особенности у 420 пациенток с раком молочной железы из Китая. Исследователи сочли, что существующие критерии генетического тестирования исключают некоторых пациенток, и предложили новый критерий: синхронный или метахронный двусторонний рак молочной железы как показание к обследованию пациенток на мутацию TP53 .

Результаты привлекли внимание:

• У 1,4% пациенток выявили патогенную или вероятно патогенную TP53-мутацию герминальной линии .

• TP53 — у 33,3% носительниц мутации рак возник в молодом возрасте (до 30 лет).

• У 33,3% той же группы носительниц наблюдался двусторонний рак молочной железы .

• При анализе родословных у родителей этих мутаций не нашли, что позволило предположить их возникновение de novo или мозаичный характер .

Исследователи подчеркнули, что эти результаты не согласуются с существующими протоколами генетического тестирования и что критерии тестирования необходимо обновить .

2. Интерпретация мутаций TP53: мозаицизм, клональное кроветворение и неопределённые результаты (2023)

Работа, опубликованная в 2024 году в Journal of Genetic Counseling , представляет серию из восьми клинических случаев, посвящённых интерпретации выявленных секвенированием нового поколения вариантов гена TP53 , которые не соответствуют клинической картине. Хотя эти варианты сопровождались проявлениями, сходными с классическим синдромом Ли—Фраумени (LFS) , у большинства пациентов семейный или личный анамнез не соответствовал LFS.

Происхождение таких вариантов TP53 разделили на следующие категории:

• Наследственные мутации с низкой пенетрантностью

• Мозаичные мутации (мутация есть в одних группах клеток и отсутствует в других)

• Клональное кроветворение (CHIP) как источник мутаций

На примерах отдельных случаев работа показывает сложность интерпретации таких находок и необходимость мультидисциплинарного подхода + биоинформатической поддержки . Также отмечено, что в некоторых случаях VAF (Variant Allele Frequency) ниже 50% трактовали в пользу мозаицизма.

3. Мозаичные хромосомные изменения и риск рака — данные UK Biobank (2023)

В этой масштабной работе, опубликованной в 2023 году в Nature Genetics, исследовали полученные из базы UK Biobank образцы крови приблизительно 500000 человек . Целью было определить частоту мозаичных хромосомных изменений (mCA) — приобретения и потери хромосом, а также потери гетерозиготности без изменения числа копий, — скорость мутаций и влияние на клеточный отбор.

Основные результаты:

• mCA обычно характеризуются низкой скоростью возникновения мутаций , но обеспечивают умеренное или выраженное преимущество для клеток (fitness effect) .

• По сравнению с однонуклеотидными изменениями mCA встречаются в 10 раз реже, однако некоторые mCA могут стать доминирующими.

• Самое примечательное: потеря хромосом X и Y по сравнению с аутосомными mCA встречается приблизительно в 1000 раз чаще .

• Некоторые mCA с возрастом накапливаются с постоянной скоростью, а другие распространяются с переменной скоростью в зависимости от генетической предрасположенности или факторов среды.

Авторы считают, что mCA могут возникать до развития рака и быть биологическими маркерами, которые следует учитывать при оценке риска рака .

Выводы для клинической практики

• Диагностика: мозаицизм возможен у людей с «отрицательными» стандартными тестами.

• Лечение: BRCA2 или TP53 — мозаичные мутации в таких генах могут влиять на выбор таргетной терапии.

• Скрининг и консультирование: члены семей таких пациентов также могут быть носителями с низким риском.

Кратко о главном

• Генетический мозаицизм — наличие разных генетических структур в разных клетках одного человека.

• При каждом делении клетки возникает в среднем 10 мутаций; каждая клетка новорождённого может содержать в среднем более 120 мутаций.

• Мозаичные мутации могут возникать в эмбриональном периоде, распространяться в различные ткани организма и оставаться незамеченными при стандартном генетическом тестировании.

• В исследовании, опубликованном AACR, у 35000 онкологических пациентов выявили лишь 36 (0,1%) мозаичных мутаций.

• В метаанализе 2023 года частота мозаичных мутаций составила 8,79%; APC — 13,43%; MLH1— 2,75%; MSH2— 9,69%.

• TP53 — мозаичные мутации выявлены с частотой 1,4% у китаянок с двусторонним раком молочной железы. У 33,3% этих пациенток рак возник до 30 лет (Breast Cancer Res Treat, 2024).

• TP53 — варианты могут происходить из клонального кроветворения или мозаицизма и не соответствовать клинической картине (J Genet Couns, 2024).

• При анализе данных UK Biobank приблизительно по 500000 человек сообщалось, что мозаичные хромосомные изменения учащаются с возрастом и в некоторых случаях встречаются в 1000 раз чаще, чем аутосомные mCA (Nature Genetics, 2023).

• Мозаичные мутации обычно имеют частоту вариантного аллеля (VAF) в пределах 5–40%, поэтому требуют чувствительных методов анализа и тщательной интерпретации.

• Мозаицизм может непосредственно влиять на решения о диагностике, лечении и скрининге, особенно у людей с «отрицательным» генетическим тестом, но высоким клиническим риском.

Заключение

Генетический мозаицизм знаменует новую эпоху в генетике рака. Он может объяснить случаи, которые стандартные методы считали «отрицательными». Поэтому при диагностике, лечении и оценке риска больше нельзя игнорировать понятие мозаицизма.