APOBEC3-медиирана мутагенеза при рак: причини, клинично значение и терапевтичен потенциал

Резюме

Аполипопротеин B mRNA-редактиращ ензим, каталитични полипептиди (APOBECs) са цитозин деаминази, участващи във вродения и адаптивен имунитет. Въпреки това, някои членове на семейството на APOBEC могат също да дезаминират геномите на гостоприемника, за да генерират онкогенни мутации. Получените мутации, предимно сигнатури 2 и 13, се срещат в много видове тумори и са сред най-честите мутационни сигнатури при рак. Този преглед обобщава настоящите доказателства, предполагащи APOBEC3s като основни мутатори, и очертава екзогенните и ендогенните тригери на експресията на APOBEC3 и мутационната активност. Прегледът също така обсъжда как APOBEC3-медиираната мутагенеза влияе върху еволюцията на тумора чрез мутагенни и немутагенни пътища, включително чрез индуциране на драйверни мутации и модулиране на туморната имунна микросреда. Преминавайки от молекулярна биология към клинични резултати, прегледът завършва с обобщаване на различната прогностична значимост на APOBEC3s при различните видове рак и техния терапевтичен потенциал в настоящите и бъдещи клинични пейзажи.

Ключови думи APOBECs, рак, соматични мутации, генетика на зародишната линия, туморна микросреда, биомаркери, имунотерапия

Китайска билка растение цистанче-Противотуморно

Заден план

полипептиди (APOBECs) са клас цитозин деаминази с единадесет първични членове на семейството: APOBEC1, индуцирана от активиране деаминаза (AID), APOBEC2, APOBEC3 (A–H) и APOBEC4. Алтернативното снаждане на APOBEC3B, APOBEC3H и APOBEC3F допълнително разнообразява суперсемейството APOBEC [1–4]. Докато всички членове на семейството на APOBEC споделят запазен каталитичен домен, те имат различни функции, мутационни субстрати и модели на тъканна експресия [5]. AID, например, се експресира в активирани В клетки и улеснява диверсификацията на антителата чрез дезаминиране на имуноглобулиновите гени [6]. За разлика от това, APOBEC1 се експресира в тънките черва и редактира иРНК, за да даде възможност за тъканно-специфична експресия на съкратен, но функционално важен стомашно-чревен протеин [7–9]. APOBEC3s са много по-широко експресирани в човешките тъкани и дезаминират - и по този начин увреждат - вирусните геноми като част от вродения имунен отговор [10]. Въпреки че APOBEC3 защитават клетките от вирусна инфекция, те също правят ДНК на гостоприемника уязвима към мутации. APOBEC3-медиираната мутагенеза започва с дезаминиране на цитозин и всички APOBEC3 могат да дезаминират едноверижна ДНК (ssDNA) с различни нива на ензимна активност [11–13]. ssDNA субстрати за APOBEC3s могат временно да възникнат в двойноверижния геном по време на нормални клетъчни процеси като репликация на ДНК, транскрипция и геномно възстановяване. Например, както APOBEC3A, така и APOBEC3B могат да дезаминират изоставащите шаблони на вериги по време на репликация на ДНК [14–16]. APOBEC3A може също да действа върху бримки на фиби, които се образуват по време на репликация на ДНК, докато APOBEC3B преференциално дезаминира R бримките по време на транскрипция [17, 18]. APOBEC3G може да действа по подобен начин върху ssDNA по време на транскрипция, особено в рамките на 5′ UTR [15]. Освен това е показано, че APOBEC3G дезаминира разгънатата и хлабаво нагъната ssDNA (фиг. 1) [19].

Фиг. 1 Механизми и предпочитани субстрати за APOBEC3-медиирана мутагенеза. Горен панел: APOBEC3s дезаминират ssDNA, оставяйки урацил в ДНК шаблона. Погрешните репликационни и възстановителни пътища могат след това да генерират мутационни сигнатури 2 и 13. Поправката от полимеразата на транслезионния синтез (TLS) REVI генерира C-към-G мутация (сигнатура 13), докато поправката се извършва от други ензими като ДНК полимераза δ, ДНК полимераза ε и TLS полимеразата κ генерира C-към-T мутация (сигнатура 2) [20]. Долен панел: Основните мутатори сред суперсемейството APOBEC3 имат различни субстратни предпочитания, определени главно от тринуклеотиден контекст и ssDNA вторична структура.

В рамките на ssDNA, различните APOEBC3s дезаминират цитозините в различни тринуклеотидни контексти. Например, APOBEC3A и APOBEC3B - които са основните мутатори - дезаминират тиамин, предхождащ цитозин (TpC) мотиви; APOBEC3A преференциално действа върху TpC мотиви след пиримидини, докато APOBEC3B има тенденция да дезаминира TpC мотиви след пурини [20–23]. След дезаминиране различни клетъчни процеси могат да създадат C-toT и C-to-G мутации, които се дефинират съответно като сигнатури 2 и 13 в COSMIC [24–26]. Първият C-to-T преход е по-често срещан и възниква от аберантна репликация на урацил-съдържащи ДНК шаблони, докато и двете замествания могат да възникнат чрез погрешно възстановяване на абазични места, генерирани от активността на урацил гликозилаза (фиг. 1) [20, 27–29 ]. В допълнение към тези конвенционално дефинирани APOBEC3-индуцирани мутационни сигнатури, APOBEC3G може да причини C-to-T преходи при TCC, GCC, CCC, CCT и GCG мотиви (фиг. 1) [30]. Индуцираните от APOBEC3-мутации са повсеместни при рака и могат да възникнат разпръснати в целия геном или в клъстери. Над 75% от катаегиите в туморните геноми се приписват на активността на APOBEC3, в сравнение с 15% от по-дифузната хипермутация на omikli [31, 32]. Като цяло, индуцираните от APOBEC3-мутации могат да представляват до 68% от тежестта на туморните мутации и се откриват в над половината от всички тумори; По-чести са само признаците, свързани с възрастта [26, 27, 33]. Много от тези промени, предизвикани от APOBEC3-, са силно повтарящи се драйверни мутации, засягащи онкогени и туморни супресори, а APOBEC3 могат също да повлияят на хода на заболяването чрез немутагенни пътища, като имунна модулация в туморната микросреда.

Таблица 1 Свръхекспресия и корелация на APOBEC3s с мутационен товар при ракови заболявания

APOBEC3s могат да насърчават имуноактивирани или имуносупресирани фенотипове, което може частично да обясни тяхното различно прогностично значение при видовете рак. Въз основа на клинични асоциации и предклинични проучвания, APOBEC3 могат да се използват като биомаркери и да бъдат насочени към терапии. Поради това причините и клиничните последици от APOBEC3-медиираната мутагенеза са важни области на изследване и фокусът на този преглед.

Експресия на APOBEC3s при ракови заболявания

APOBEC3s се експресират на ниски нива в много здрави тъкани, но често са свръхекспресирани в тумори. Повечето проучвания са използвали базирано на РНК профилиране за откриване на експресия на APOBEC3, а базираните на протеин анализи са по-ограничени (Таблица 1). APOBEC3B обикновено се експресира на по-високи нива от други членове на фамилията APOBEC3 и анализът на множество ракови заболявания открива обогатяване на APOBEC3B в осем типа тумори: пикочен мехур, гърда, глава и шия, белодробен аденокарцином, белодробен плоскоклетъчен карцином, простата, светлоклетъчен бъбречен, и матката [34]. Висока експресия на APOBEC3B също се наблюдава при рак на маточната шийка и рак на кожата, въпреки че здравата тъкан не е налична за сравнение [34]. По подобен начин се съобщава за високи нива на APOBEC3B при тумори на пикочния мехур, жлъчните пътища, белите дробове, стомаха, хранопровода, невроендокринните и овариалните тумори [35–43]. Експресията на други APOBEC3s може също да бъде нерегулирана при рак. APOBEC3G, например, е открит във високи нива в тумори на дебелото черво и панкреаса [49, 50]. При рак на гърдата проучванията са открили обогатяване на APOBEC3A, APOBEC3B и APOBEC3H [27, 48]. Висока експресия на APOBEC3 също се наблюдава при множество хематологични ракови заболявания. Например, обогатяване на APOBEC3A е отбелязано при левкемия и както APOBEC3B, така и APOBEC3C са открити в повишени нива при първичен ефузионен лимфом [45, 52].

Ползи от cistanche tubulosa-антитуморен

APOBEC3A и APOBEC3B като основните мутатори

Свръхекспресията на APOBEC3 вероятно насърчава мутагенезата, тъй като множество проучвания са идентифицирали корелации между експресията на APOBEC3 и специфично за подписа мутационно натоварване (Таблица 1). В комбиниран анализ на множество видове тумори, експресията на APOBEC3B беше силно свързана с по-висок APOBEC3-индуциран мутационен товар; APOBEC3A, APOBEC3F и APOBEC3G показват подобни, но по-слаби корелации [27]. Високата експресия на APOBEC3B също се свързва с повече индуцирани от APOBEC3- мутации при рак на белия дроб, докато нивата на APOBEC3A и APOBEC3B корелират с индуцирани от APOBEC3- мутации при рак на гърдата [22, 47, 53, 54]. Подобни асоциации са наблюдавани при рак на пикочния мехур, който има едно от най-високите мутационни тежести, предизвикани от APOBEC3- [1, 27, 34, 46]. При холангиокарцинома само експресията на APOBEC3A е свързана с APOBEC3-индуцирана мутационна тежест [43]. Тези корелации предполагат, че APOBEC3A и APOBEC3B допринасят за мутагенезата, но относителното значение на тези членове на семейството остава спорно [47, 58]. Често се приема, че APOBEC3B е основният мутатор, като се има предвид неговата по-висока експресия в много тумори [22, 26, 34–36, 45, 48, 59]. Въпреки това, APOBEC3A има по-голяма ензимна активност, което може да му позволи да генерира повече мутации въпреки като цяло по-ниската тъканна експресия [47, 60]. Съответно, сравнение на нокаутирани клетъчни линии APOBEC3 установи, че дефицитът на APOBEC3A има най-голям ефект върху мутагенезата [58]. Този резултат потвърждава по-ранни открития в дрожди, които първо разграничиха APOBEC3A- и APOBEC3B-индуцираните мутации и установиха, че първите са по-изобилни в туморните геноми [23]. Освен това включвайки APOBEC3A като преобладаващ мутатор, делеция на зародишна линия на APOBEC3B, която генерира химера на кодиращия регион на APOBEC3A, слят с 5' UTR на APOBEC3B, е свързана с повече индуцирани от APOBEC мутации при някои видове рак [61–64]. Други членове на семейството на APOBEC3 вероятно предизвикват мутации, тъй като in vitro анализ установи продължително — макар и значително намалено — придобиване на сигнатури 2 и 13, въпреки нокаутирането както на APOBEC3A, така и на APOBEC3B [58]. APOBEC3H може да допринесе за тази остатъчна мутагенеза, особено при ракови заболявания с APOBEC3H хаплотип I, който има силна ензимна активност и повишена ядрена локализация [65]. APOBEC3G може също да бъде мутагенен, тъй като неговата експресия е свързана с различен мутационен подпис [30]. По този начин множество APOBEC3 могат да индуцират мутации в рак, като най-значимите мутатори потенциално варират в различните тумори.

Екзогенни и ендогенни тригери на APOBEC3-медиирана мутагенеза

Вирусна инфекция

APOBEC3s са интерферон-стимулирани гени, индуцирани от голямо разнообразие от вируси, включително полиомавируси, парвовируси, херпесвируси и вируси на хепатит В [66]. Поради това много асоциирани с вируси ракови заболявания имат голямо натоварване от мутационни сигнатури 2 и 13. Ракът на маточната шийка, например, се причинява от човешки папиломен вирус (HPV) в над 95% от случаите и има изобилие от APOBEC3-индуцирани мутации [67 , 68]. Индуцираните от APOBEC мутации също са чести при плоскоклетъчен карцином на главата и шията (HNSCC), със силна корелация между HPV позитивността и мутационните сигнатури 2 и 13 [69]. Вирусната инфекция може също да допринесе за APOBEC3-медиираната мутагенеза при някои видове рак, които традиционно не се разбират като свързани с вируса. Според хипотезата „удари и избягай“, вирусната инфекция може да предизвика активност на APOBEC3 в началото на туморогенезата, но се изчиства преди откриването на тумор [70]. Тази постулация може да бъде от значение за някои случаи на рак на пикочния мехур, тъй като анамнезата за BK полиомавирус (BKPyV)-положителна урина е свързана с повишен риск от рак на пикочния мехур [71]. Показано е също, че инфекцията с BKPyV индуцира експресия на APOBEC3 и активност на дезаминиране в in vitro модел на нормалния човешки уротелиум [72]. Потенциалният риск от индуцирана от BKPyV карциногенеза на пикочния мехур може да бъде особено висок при имунокомпрометирани популации, по-специално при реципиенти на трансплантирани органи. Съответно, BKPyV виремия или други усложнения, свързани с полиомавирус, са свързани с четири пъти по-висок риск от рак на пикочния мехур след бъбречна трансплантация [73–77].

Дълбокото секвениране на геноми на тумор на пикочния мехур от реципиенти на трансплантирани органи също разкри BKPyV интеграция [78–80]. Въпреки че някои вирусни инфекции могат да допринесат за APOBEC3-медиирана мутагенеза при някои традиционно невирусни ракови заболявания, допълнителни фактори вероятно са важни предвид продължаващото придобиване на APOBEC3-индуцирани мутации в края на еволюцията на тумора и вероятно след изчистване на инфекцията [22, 56, 81, 82]. Такива невирусни фактори могат също така да обяснят разпространението на индуцирани от APOBEC3-мутации в ракови заболявания, за които вирусната етиология на hit-and-run е по-малко правдоподобна.

Cistanche ползи за мъжете - укрепване на имунната система

Щракнете тук, за да видите продуктите Cistanche Enhance Imunity

【Попитайте за повече】 Имейл:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Възпаление

Безброй фактори могат да предизвикат възпаление, което може да увеличи експресията на APOBEC3 чрез NF-κB сигнализиране - основен възпалителен път. В подкрепа на тази хипотеза са открити три места за свързване на NF-кВ в промотора APOBEC3B, а хетеродимерите p65/p50 и p65/c-Rel — които са част от каноничния път на NF-кВ — са се оказали важни за транскрипцията на APOBEC3B [83] . Неканоничното NF-кВ сигнализиране може също да регулира експресията на APOBEC3, тъй като промоторът APOBEC3B съдържа RelB свързващо място. Множество известни индуктори на APOBEC3 като LPS и IL-4 също са мощни активатори на NF-кВ, което допълнително включва NF-кВ като транскрипционен двигател на APOBEC3s по време на възпаление [84]. NF-κB сигнализирането може също да увеличи експресията на APOBEC3 индиректно чрез транскрипция на провъзпалителни медиатори. Например, доказано е, че NF-κB целевият ген IL-6 индуцира експресия на APOBEC3B в хепатоцелуларен карцином чрез JAK/STAT сигнализиране [85, 86]. По подобен начин е установено, че TNF- стимулира експресията на APOBEC3A в кератиноцитите [87, 88]. Потвърждавайки тези констатации, проучване на холангиокарцином и рак на жлъчния мехур открива повишена регулация както на APOEBC3A, така и на APOBEC3B с експозиция на IL-6 и TNF [43]. Освен това, IFN- е замесен като двигател на експресията на APOBEC3B в тумори на пикочния мехур и белодробен аденокарцином [46, 89]. NF-κB сигнализирането - със способността да действа както директно чрез APOBEC3 транскрипция, така и индиректно чрез други възпалителни медиатори - следователно е вероятен двигател на APOBEC3-медиираната мутагенеза при рак (фиг. 2). Тази APOBEC3-индуцираща роля на NF-κB може да бъде особено важна при имунологично „горещи“ тумори със силно възпалени микросреди.

Експозиция на лекарства и репликационен стрес

Излагането на определени лекарства може също да задейства APOBEC3-медиирана мутагенеза и е доказано, че химиотерапии като блеомицин, цисплатин, етопозид, 5-флуороурацил, гемцитабин, хидроксиурея, афидиколин, камптотецин индуцират експресията на APOBEC3 при рак клетъчни линии [1, 61, 90, 91]. NF-κB сигнализирането вероятно медиира индукцията на APOBEC3 в отговор на някои от тези лекарства, но репликационният стрес и PI3K сигнализирането също могат да играят основна роля (фиг. 2) [1, 90, 92, 93]. В допълнение към увеличаването на експресията на APOBEC3, генотоксичните лекарства могат допълнително да подхранват APOBEC3-медиирана мутагенеза чрез индуциране на геномно увреждане и по този начин генериране на ssDNA субстрати (фиг. 3). Дори при отсъствието на генотоксични лекарства раковите клетки могат да изпитат APOBEC3-индуциращ репликационен стрес поради натрупано увреждане на ДНК и специфични онкогенни мутации. При рак на гърдата, например, изчерпването на PTEN и амплификацията на HER2 е доказано, че индуцират репликационен стрес и повишават активността на APOBEC3B in vitro [90]. При рак на белия дроб загубата на FHIT1 - често срещана генетична промяна, която причинява репликационен стрес - е свързана с по-високо APOBEC3-индуцирано мутационно натоварване [53]. Тези мутации, предизвикващи репликационен стрес, могат да бъдат особено силни тригери на APOBEC3-медиирана мутагенеза, тъй като причиняват устойчиви клетъчни промени в контраст с по-преходната индукция на APOBEC3 след вирусна инфекция или експозиция на лекарство. В положителна обратна връзка повишената експресия на APOBEC3 може да влоши репликационния стрес поради допълнително увреждане на ДНК, забавени репликационни вилици и спиране на клетъчния цикъл [52, 97–99]. В контекста на репликационния стрес, APOBEC3s - особено APOBEC3B - може да бъде особено склонен да причинява катаегис, а не по-дифузни модели на мутация. Съответно е доказано, че APOBEC3B индуцира катаегис в ракови клетъчни линии по време на теломерна криза [94]. APOBEC3B се свързва по подобен начин с kataegis в клетъчни линии с дефицит на p53- и пан-раков анализ установи, че експресията на APOBEC3B корелира положително с kataegis [31, 99].

cistanche tubulosa - подобряват имунната система

Соматични и зародишни промени

Соматичните мутации в множество гени са свързани с повишена APOBEC3-медиирана мутагенеза, но анализите за секвениране на целия геном не са открили повтарящи се соматични еднонуклеотидни варианти в кодиращите или регулаторните области на APOBEC3s [100, 101]. Следователно соматичните мутации, които повишават активността на дезаминиране на APOBEC3s, са малко вероятни, както и мутациите, които променят експресията на APOBEC3 чрез повишена активност на промотор или усилвател. Въпреки това, повишена експресия на APOBEC3 може да възникне поради увеличаване на броя на копията при ракови заболявания. Въпреки че е отбелязано само при един тип рак, вариацията в броя на копията на APOBEC3 е открита в ~30% от белодробните тумори [36, 102]. Тази генетична промяна е свързана с повишена експресия на APOBEC3B и по-високо APOBEC-индуцирано мутационно натоварване [36]. Вариантите на зародишната линия в генния локус на APOBEC3 изглеждат по-чести и могат да повлияят на експресията на APOBEC3 и риска от рак. Например, единичният нуклеотиден полиморфизъм (SNP) rs1014971, който е разположен нагоре по веригата на генния клъстер APOBEC3, е свързан с повишена експресия на APOBEC3B, обогатяване на индуцирани от APOBEC3-мутации и по-висок риск от рак на пикочния мехур [61, 63, 103]. При рак на гърдата делеционният полиморфизъм, който генерира APOBEC3A/B химера, е свързан с повишен риск от заболяване, повече APOBEC3-индуцирани мутации и лоша туморна диференциация (признак за отрицателна прогноза) [47, 61, 62, 64 , 104, 105]. Същият делеционен полиморфизъм може да допринесе за APOBEC3-индуцирана хипермутация при остра лимфобластна левкемия [62]. При рак на белия дроб комбинацията от шест SNPs, които определят APOBEC3H хаплотип I, е свързана с повишен риск от заболяване [65] (Таблица 2). Генетичните вариации в този хаплотип могат допълнително да повишат риска от рак на белия дроб [106]. Освен това е доказано, че вариантът rs2267401 увеличава риска от рак на жлъчния мехур и хепатоцелуларен карцином, вероятно чрез повишена експресия на APOBEC3B, която възниква чрез повишена промоторна активност и IL-6 отговор [43, 86]. Обратно, същият SNP rs2267401 се свързва с намален риск от холангиокарцином и по-ниска активност на APOBEC3B промотор в този тип тумор, вероятно поради свръхекспресия на транскрипционния репресор TFAP2A [43]. Друг вариант, rs12157810, също е свързан с по-нисък риск от холангиокарцином и рак на жлъчния мехур, въпреки че е установено, че повишава активността на промотора на APOBEC3A [43]. Съгласувани резултати са наблюдавани при рак на бъбреците [108]. Друг SNP rs139293 е свързан с намален риск от рак на белия дроб [107]. Разположен в екзон, този вариант създава потенциално намаляваща активността аминокиселинна промяна в APOBEC3H и може да понижи експресията на APOEBC3H и APOBEC3C [107] (Таблица 2).

Фиг. 2 Транскрипционна регулация на APOBEC3 гени. NF-κB сигнализирането е споделен път за ендогенни и екзогенни APOBEC3 тригери. За да индуцира APOBEC3s, NF-κB сигнализирането действа директно чрез транскрипция на APOBEC3s и индиректно чрез транскрипция на други възпалителни медиатори. Ключовите възпалителни медиатори включват интерферони, TNF- и IL-6, които могат да управляват транскрипцията на APOBEC3 чрез NF-κB и JAK/STAT сигнализация. Освен това, репликационният стрес може да активира NF-κB сигнализиране чрез PI3K/Akt за насърчаване на експресията на APOBEC3

Фиг. 3 Двуфакторен модел за APOBEC3-медиирана мутагенеза. В двуфакторен модел медиираната от APOBEC{4}}мутагенеза се нуждае както от индукция на експресия на APOBEC3, така и от наличие на ssDNA. Фактори като излагане на лекарства, криза на теломерите и процеси на възстановяване на ДНК могат да генерират ssDNA, докато транскрипционните тригери могат да регулират експресията на APOBEC3 [94–96]

Ретротранспозонна активност, криза на теломерите и увреждане на ДНК

Раковите клетки обикновено имат нестабилни геноми, които могат да подхранват APOBEC3-медиирана мутагенеза чрез множество различни пътища. По-конкретно, геномната нестабилност може да стимулира ретротранспозоновата активност и по този начин да предизвика епизодични изблици на APOBEC3-медиирана мутагенеза [112]. Геномната нестабилност също е свързана с теломерна криза и хромотрипсис, за които е доказано, че генерират ssDNA точки на прекъсване, дезаминирани от APOBEC3B [94] (фиг. 3). APOBEC3-медиираната мутагенеза може да бъде предизвикана от регулиране нагоре на APOBEC3s по време на репликационен стрес, предизвикан от увреждане на ДНК и свързаните процеси на възстановяване на несъответствието, като нехомоложно крайно свързване (NHEJ) и хомоложна рекомбинация (HR), които генерират ssDNA междинни продукти [90 , 95, 96, 113–116] (фиг. 3). Тъй като APOBEC3s могат да дезаминират изоставащите шаблони на вериги, бързо делящите се ракови клетки могат да имат често изложена ssDNA и по този начин да подхранват APOBEC3- медиирана мутагенеза [14]. Тези ендогенни процеси в раковите клетки могат да стимулират продължаващото придобиване на APOBEC3-индуцирани мутации в края на еволюцията на тумора без излагане на екзогенни тригери [81]. Значението на увреждането на ДНК и наличността на ssDNA субстрат може също да обясни защо APOBEC3s се експресират на ниски нива в много здрави тъкани и обикновено не причиняват значителни мутационни модели, подобни на туморен геном. Значителни APOBEC3-индуцирани мутационни натоварвания не са открити в здрава езофагеална или ендометриална жлезна тъкан, въпреки че са открити ниски нива на такива мутации в подгрупа от неракови чревни крипти и бронхиални епителни клетки [59, 117–120 ]. Следователно двуфакторен модел за активността на APOBEC3 е правдоподобен при много видове рак, като повишената експресия на APOBEC3 и съществуващото увреждане на ДНК са необходими и за APOBEC3-медиираната мутагенеза (фиг. 3).

пушене?

Тютюнопушенето е основен рисков фактор за множество видове рак с високи APOBEC3-индуцирани мутационни натоварвания. Например, тютюнопушенето представлява над 50% от риска от рак на пикочния мехур и се смята, че причинява 80–90% от белодробните тумори [121, 122]. Тютюнопушенето е най-силно свързано с мутационни признаци 4, 5 и 29, но множество проучвания са тествали дали експозицията на тютюн също е свързана с предизвиканите от APOBEC3- признаци 2 и 13 [24–26, 123, 124]. Резултатите обаче са противоречиви. При анализ на белодробен аденокарцином, сигнатури 2 и 13 са обогатени с тумори от пушачи [123]. При рак на пикочния мехур сигнатура 13 е обогатена с тумори от бивши пушачи [125]. Въпреки това, отделен анализ само на мускулно-инвазивни тумори на пикочния мехур установи, че сигнатура 13 е обогатена при непушачи и има отрицателна корелация с сигнатура 5 [124]. Освен това, in vitro проучване в нормален човешки уротелиум установи, че излагането на бензо[а]пирен - прокарциноген в цигарения дим - не предизвиква сигнатура 2 или 13. Това проучване обаче има ограничения, тъй като използва само един прокарциноген, докато тютюневият дим включва приблизително 60 канцерогена [126]. Ако пушенето наистина увеличава APOBEC3-медиираната мутагенеза, ефектът вероятно се дължи на генерализирано увреждане на ДНК, което увеличава наличността на ssDNA субстрат [123]. Въпреки че никотиновият компонент на тютюна може да предизвика възпаление и NF-kB сигнализиране, няма доказателства, че тютюневият дим директно увеличава експресията на APOBEC3. Едно проучване на недребноклетъчен рак на белия дроб тества тази хипотеза, но не откри връзка между тютюнопушенето и експресията на APOBEC3B mRNA [54]. Въпреки това, разпространението на тютюнопушенето като често срещан рисков фактор за рак, където APOBEC3-медиираната мутагенеза е широко действаща, може да затрудни разпознаването на каквито и да е взаимодействия между тютюнопушенето и APOBEC3s.

Таблица 2 Варианти на зародишна линия, засягащи APOBEC3 и риска от рак

Таблица 2 (продължение)

Въздействие на APOBEC3s чрез мутагенни и немутагенни пътища Индуцирани от APOBEC3 онкогенни кодиращи мутации

Индуцираните от APOBEC3-мутации са повсеместни при рака и могат да предизвикат канцерогенеза чрез активиране на онкогени или инактивиране на туморни супресори (Таблица 3). Например, индуцираната от APOBEC3- FGFR3 S249C мутация – най-честата FGFR3 мутация при рак на пикочния мехур – причинява конститутивно активиране на кодирания рецептор на растежен фактор за насърчаване на клетъчната пролиферация [127, 128]. Въпреки че е по-малко рецидивиращ при други видове тумори, S249C също е открит при рак на белия дроб, шийката на матката и рак на главата и шията [129–132]. В допълнение към активирането на рецепторите, APOBEC3-индуцираните мутации могат да повлияят на сигналните пътища надолу по веригата, за да генерират силно онкогенни мутационни синергии. Индуцираната от APOBEC3- PIK3CA E545K мутация, например, причинява анормално активиране на стимулиращия растежа PI3K път и е открита в тумори на пикочния мехур, гърдата, цервикалните, колоректалните, езофагеалните, главата и шията и белите дробове [39, 132–137]. Силно подобна PIK3CA E542K мутация е открита при рак на пикочния мехур, гърдата, цервикален, колоректален, езофагеален, глава и шия и рак на белия дроб [39, 132, 133, 135, 137–140]. APOBEC3-индуцирани и други онкоген-активиращи мутации могат да позволят на раковите клетки да се размножават безконтролно в присъствието на допълнителни мутации в туморни супресорни гени — някои от които възникват от APOBEC3-медиирана мутагенеза. Например, инактивиращата мутация R505G FBXW7 се дължи на APOBEC3s и е открита при HNSCC, рак на горния храносмилателен тракт, рак на пикочните пътища и рак на белия дроб [132, 143]. Субклонални APOBEC3-индуцирани мутации също са наблюдавани в туморните супресорни гени PTEN и TP53 в тумори на пикочния мехур, гърдата, главата и шията и белия дроб [148]. Други мутационни процеси могат също да инактивират туморни супресори и високата активност на APOBEC3 може да генерира селективен натиск, благоприятстващ такива мутации. APOBEC3s създават голямо цялостно натоварване с туморни мутации, така че клетките с нарушена реакция на увреждане на ДНК (DDR) поради туморни супресорни мутации са по-склонни да предотвратят апоптозата и да продължат да пролиферират. Съответно мутациите на ТР53, които са предимно неиндуцирани от APOBEC3-, са по-чести при рак на пикочния мехур, белодробни аденокарциноми и клетъчни линии на В-клетъчен лимфом с голямо натоварване от индуцирани от APOBEC3-мутации [46, 89 , 149]. По подобен начин високата експресия на APOBEC3B е свързана с повече мутации на p53 при рак на гърдата и адренокортикален карцином [22, 44]. В допълнение към селекционния натиск, тази тенденция може да възникне от по-висока експресия на APOBEC3 в p53-мутирали тумори, тъй като p53 може да потисне транскрипцията на APOBEC3B чрез p21 и DREAM протеини [150].

Таблица 3 Повтарящи се APOBEC3-индуцирани соматични мутации и промени в броя на копията при рак

Повтаряща се некодираща мутация, предизвикана от APOBEC3

латорните региони също са силно рецидивиращи и могат да допринесат за развитието на тумор чрез модулиране на експресията на свързани с рака гени (Таблица 3). Например, много тумори на пикочния мехур и гърдата съдържат APOBEC3-индуцирани „горещи точки на двойна мутация“ в промоторите на PLEKHS1 и TBC1D12, които са потенциални онкогени, свързани с инвазивно заболяване и лоша прогноза [33, 144, 147, 151, 152 ]. APOBEC3-индуцирани ADGR6/GPR126 усилващи мутации, замесени в ангиогенезата, също са открити при рак на пикочния мехур [33, 145]. Други гени с некодиращи мутации, дължащи се на APOBEC3s при рак на пикочния мехур, включват LEPROTL1 и потенциално туморния супресор WDR74 [144, 153, 154]. Освен това, много Т-клетъчни остри лимфобластни левкемии съдържат APOBEC3-индуцирана мутация нагоре по веригата от началното място на транскрипция за онкогена LMO1 [146]. Установено е, че няколко такива мутации са функционални и имат потенциална онкогенна роля при рак на гърдата [155]. Обаче това, което предизвиква APOBEC3-медиирана мутагенеза в некодиращи интергенни и промоторни региони, не е открито, но вероятно се случва по време на ДНК репликация и иницииране на транскрипция.

В допълнение към генерирането на точкови мутации в регулаторните региони, APOBEC3s могат допълнително да нарушат регулацията на генната експресия чрез насърчаване на увеличен брой онкогенни копия (Таблица 3). Например, по-високата експресия на APOBEC3 е свързана с повишена вариация на броя на копията на множество Ras/MAPK регулаторни гени като ATP2B4, MAPKAPK2 и USP15 в глиома [51]. Амплификация на EGFR и CDK4 — и двата известни онкогена — също е наблюдавана при APOBEC3-високи глиоми [51]. Механизмите, чрез които APOBEC3 улесняват промените в броя на копията, остават неизвестни. Въпреки това е правдоподобно, че APOEBC3-индуцираната катаегиса насърчава хромозомната нестабилност и двойноверижните прекъсвания, създавайки възможности за промени в броя на копията [156, 157].

Ползи от cistanche tubulosa-антитуморен

Еволюция на тумора

Although some APOBEC3-induced mutations are likely important for initial tumor formation, many occur later in tumor evolution. Supporting this paradigm, episodic bursts of APOBEC3-mediated mutagenesis were observed during prolonged culture of numerous cancer cell lines [81, 112]. This repeated APOBEC3 activity can create a high overall tumor mutation burden and fuel subclone heterogeneity in a tumor context. Accordingly, APOBEC3s have been identified as primary drivers of subclonal mutations in bladder, breast, head neck, and lung cancers [48, 148]. In bladder cancer, over 45% of subclonal mutations in driver genes may be attributable to APOBEC3s [148]. Additionally, APOBEC3-induced mutation load has been strongly associated with tumor heterogeneity in metastatic thoracic cancers [89]. APOBEC3-induced tumor heterogeneity can promote resistance to cancer therapies. While the continued acquisition of signatures 2 and 13 is often part of natural tumor evolution, chemotherapy treatment may further fuel APOBEC3-mediated mutagenesis by triggering APOBEC3 expression and inducing DNA damage [1, 81, 90, 91]. Specific therapy resistance mutations can also arise due to APOBEC3 activity. For example, the APOEBC-induced MEK2 L46F mutation may confer resistance to BRAF inhibitors such as vemurafenib and dabrafenib in melanoma [82, 142]. In lung cancer, the potentially APOBEC3-induced C>T EGFR T790 мутацията може да насърчи резистентност към инхибиторите на EGFR гефитиниб и ерлотиниб [82, 141]. По подобен начин, някои индуцирани от APOEBC3-мутации, наблюдавани при рецидивирал рефрактерен мултиплен миелом, могат да допринесат за придобиване на резистентност към терапия [158]. Немутагенни пътища APOBEC3-индуцираните мутации са значителни двигатели на туморогенезата, но APOBEC3 могат също да играят роля при рак чрез немутагенни пътища. Като пример за важността на тези пътища, проучване на хепатоцелуларен карцином установи, че свръхекспресията на каталитично неактивен APOBEC3B повишава клетъчната пролиферация, клетъчната миграция и клетъчната инвазия in vitro [159]. В присъствието на K-Ras мутации, APOEBC3A може също да стимулира STING-зависими метастази и хромозомна нестабилност въз основа на миши модел на панкреатичен дуктален аденокарцином [157]. Свръхекспресията на каталитично неактивен APOBEC3B също е свързана с по-често "бягство от G1", което предполага, че APOBEC3B допринася за дисрегулация на клетъчния цикъл [159]. Подобна APOBEC3B-медиирана прогресия на клетъчния цикъл е наблюдавана при рак на пикочния мехур [159, 160]. APOBEC3s също могат да инхибират клетъчната смърт чрез множество механизми: APOBEC3G е показано, че инхибира аноикис чрез Akt активиране при рак на панкреаса, а APOBEC3B може да намали клетъчната смърт при рак на стомаха чрез инхибиране на функцията на PDCD2 и понижаване на ATM и Chk1/2 активността [38, 49]. Освен това, APOBEC3s могат да повлияят на експресията на онкогени и туморни супресори чрез епигенетично свързани механизми. Например, доказано е, че APOBEC3B стимулира свръхекспресията на естрогенния рецептор (ER) при рак на гърдата чрез преходно ремоделиране на хроматин [161]. Предоставяйки допълнително доказателство за APOBEC3-медиирана епигенетична регулация, високата експресия на APOBEC3B е свързана с по-голямо метилиране на LINE1 (прокси за глобално ДНК метилиране) при рак на хранопровода [39].

Модулиране на туморната имунна микросреда

APOBEC3s могат също да повлияят на туморния растеж чрез немутагенни пътища, които оформят туморната имунна микросреда (Таблица 4). APOBEC3s са имуносупресивни при някои видове рак и по-високата експресия на APOBEC3B е свързана с по-малка имунна клетъчна инфилтрация при адренокортикален карцином и рак на стомаха [37, 162]. Експресията на APOBEC3 също е свързана с по-голяма инфилтрация на имуносупресивни медиатори като супресорни клетки, получени от миелоид (MDSCs) и тумор-асоциирани макрофаги (TAMs) в миши модел на хепатоцелуларен карцином [163]. Обратният ефект е наблюдаван при други видове рак, като APOBEC3 насърчават имунната активация. В анализ на панрак, високата експресия на APOBEC3B се свързва с повишена имунна активация при кожен меланом и рак на гърдата [162]. Допълнителни проучвания при рак на гърдата са открили подобни резултати. Високата експресия на APOBEC3B се свързва с повече лимфоцити, раздуващи тумора, и индукцията на APOBEC3B предизвиква силен Т-клетъчно медииран имунен отговор в миши модел [164, 165]. Нивата на APOBEC3C-H също корелират с повече CD8+ Т клетки в туморната микросреда, повишено разнообразие на Т клетъчни рецептори и по-голяма цитолитична активност [48, 64]. Подобно имунно активиране е наблюдавано при рак на пикочния мехур, с множество проучвания, откриващи повишени имунни сигнатури и сигнализиране на интерферон при APOBEC3-високи тумори [35, 46, 160]. При рак на белия дроб Т-клетъчно медиираното имунно активиране е свързано с висока експресия на APOBEC3B или високи APOBEC3-индуцирани мутационни натоварвания [36, 166]. При рак на яйчниците, повишената експресия на APOBEC3B и APOBEC3G е свързана с по-голяма инфилтрация на имунни клетки [41, 167]. Въпреки че не е в самия тумор, повишената експресия на APOBEC3A е показала, че измества поляризацията на макрофагите към провъзпалително, имуноактивиращо състояние [168].

Таблица 4 Имуномодулиращи ефекти на APOBEC3s по вид рак

Клинично и терапевтично значение на APOBEC3s при рак

Асоциация с лоша прогноза при множество ракови заболявания

Имуносупресията може да синергизира с APOBEC3-медиираната мутагенеза при някои видове рак, което позволява на онкогенните мутации да се натрупват и да стимулират туморогенезата, като същевременно предотвратяват имунния отговор на гостоприемника. В съответствие с този модел, проучвания при адренокортикален карцином и рак на стомаха - и двете показват имуносупресия с APOBEC3s - са установили, че по-високата експресия на APOBEC3B е свързана с по-кратка преживяемост (Таблици 4 и 5) [37, 38, 44]. Повишената експресия на APOBEC3 също се свързва с неблагоприятни клинични резултати при назофарингеален карцином, светлоклетъчен бъбречен карцином и невроендокринни тумори, въпреки че малко се знае за APOBEC3-медиираните имунни ефекти при тези видове рак (Таблица 5) [55, 169] . Високата експресия на APOBEC3 или индуцираното мутационно натоварване може също да предскаже неблагоприятни резултати при рак на гърдата, въпреки че някои доклади са открили противоречиви резултати (Таблица 5). Тъй като APOBEC3 индуцират имунна активация при рак на гърдата, допълнителни фактори трябва да преодолеят този повишен имунен отговор, за да стимулират туморогенезата (. 4). По-голямото активиране на естрогенния рецептор (ER) е вероятен механизъм, тъй като е доказано, че APOBEC3B насърчава свръхекспресията на ER при рак на гърдата [161]. Съответно, връзките между високата експресия на APOBEC3B и неблагоприятните клинични резултати са по-силни при ER+ заболяване (Таблица 5).

Таблица 5 Асоциация на експресия на APOBEC3 и индуцирани от APOBEC3-мутации с клинични резултати по вид рак

Таблица 5 (продължение)

Фиг. 4 Ефектите на APOBEC3-индуцираните фактори върху прогнозата варират при различните видове рак. APOBEC3 могат да повлияят на туморогенезата чрез мутагенни и немутагенни пътища, които могат да имат противоположни ефекти върху хода на заболяването. Относителната сила на тези ефекти може да определи прогностичната значимост на APOBEC3s, обяснявайки разнообразното клинично въздействие на APOBEC3s според типа рак (Таблица 5). Показани са примери за специфични видове рак.

APOBEC3s имат подобни вредни ефекти при традиционно лекувани белодробни ракови заболявания. Извън контекста на имунотерапията, множество проучвания са установили, че експресията на APOBEC3B или индуцираното мутационно натоварване е свързано с агресивно заболяване или лоша прогноза (Таблица 5). При рак на белия дроб, допълнителни фактори като APOBEC3-индуцирани мутации, които насърчават резистентност към терапията, вероятно ще надделеят над APOBEC3-медиираната имунна активация, за да доведат до лоши клинични резултати [141] (фиг. 4).

Асоциация с благоприятна имунотерапия и резултати от лечение, базирано на платина

При рак на белия дроб медиираното от APOBEC{0}}имунно активиране е свързано с подобрена реакция към терапии за блокиране на имунни контролни точки (Таблица 5). Подобни резултати са наблюдавани за имунотерапевтичен отговор при рак на гърдата, пикочния мехур и белия дроб, като всички те са показали имунно активиране с APOBEC3s (Таблици 4 и 5). При тези видове рак, APOBEC3-медиираната имунна активация вероятно синергизира с висок APOBEC3-индуциран неоантигенен товар, за да стимулира имунотерапевтичния отговор (фиг. 4) [164, 187]. APOBEC3s също се свързват с подобрен отговор на имунотерапия при рак на стомаха, но този тип рак парадоксално показва имуносупресия с APOBEC3s [37]. Въпреки че текущите данни са донякъде неясни, APOBEC3s може също да улесни подобрената преживяемост при рак на пикочния мехур дори при традиционна химиотерапия (Таблица 5). Ракът на пикочния мехур често се лекува с ДНК алкилиращия агент цисплатин, който може да има повишена активност в присъствието на APOBEC3s. Механично, APOBEC3s може да медиира цисплатиновия отговор чрез дезаминиране на индуцирани от лекарството екстраспирални цитозини, а APOBEC3B може да индуцира допълнителни генотоксични ефекти по време на индуцираното от химиотерапия възстановяване на несъответствие [188]. Освен това, APOBEC3s могат да генерират голям фонов мутационен товар, който сенсибилизира клетките към допълнително индуцирано от цисплатин увреждане на ДНК. Въпреки това, клиничната полза от APOBEC3s при рак на пикочния мехур може да бъде ограничена до заболяване в по-късен стадий, тъй като по-високата експресия на APOBEC3B може да допринесе за прогресията от немускулно-инвазивно към мускулно-инвазивно заболяване [1]. APOBEC3s са свързани по подобен начин с подобрени клинични резултати при рак на яйчниците, които се лекуват като рак на пикочния мехур, като се използват базираните на платина терапии цисплатин и карбоплатин (Таблица 5). Например, висок APOBEC3-индуциран мутационен товар се свързва с подобрена преживяемост без прогресия и обща преживяемост при пациенти с ясноклетъчен овариален карцином [186]. Високата експресия на APOBEC3 корелира с подобрена преживяемост при подтипове серозен тумор на яйчниците с висока степен [41, 42, 167]. Подобно на рака на пикочния мехур, тези ползи за оцеляване, свързани с APOBEC3-при рак на яйчниците, вероятно възникват от имунна активация и повишена чувствителност към базирани на платина терапии (фиг. 4).

APOBEC3s като биомаркери

Експресията на APOBEC3 и APOBEC3-индуцираното мутационно натоварване са свързани с клинични резултати при множество видове рак и контексти на лечение, което рационализира използването им като прогностични биомаркери (Таблица 5). Няколко проучвания на ракови заболявания, лекувани с цисплатин/карбоплатин, съобщават за връзки между APOBEC3s и благоприятни резултати, така че APOBEC3s заслужават допълнителна оценка като биомаркери за тази обща химиотерапия [41, 46, 61, 167, 170, 186]. APOBEC3 могат също да се използват като биомаркери за имунотерапия предвид съществуващите данни за рак на белия дроб, пикочния мехур и рак на гърдата [37, 160, 166, 174, 180, 181]. В допълнение към тези клинични асоциации, множество предклинични проучвания подкрепиха случая за APOBEC3s като потенциални базирани на платина терапии и биомаркери за имунотерапия (Таблица 6). Освен това, APOBEC3s могат да бъдат особено ползотворни биомаркери за целеви терапии (Таблица 6). Високата експресия на APOBEC3B е свързана с слаб отговор към Raf инхибитори в глиома и някои APOBEC3-индуцирани мутации могат да предскажат резистентност към Raf инхибитори и EGFR инхибитори при мултиплен миелом и рак на белия дроб, съответно [82, 158]. При ER+ рак на гърдата високата експресия на APOBEC3B може да предскаже резистентност към ендокринната терапия тамоксифен [192]. Въз основа на предклинични проучвания, APOBEC3s може също така да предскаже благоприятен отговор на насочената контролна точка на репликация и DDR инхибитори, вероятно поради синтетични уязвимости, които предизвикват цитотоксично увреждане на ДНК [52, 99, 157, 191]. Като цяло има убедителни доказателства, че тестването на тумори на пациенти за експресия на APOBEC3 или индуцирано мутационно натоварване може да ръководи решенията за терапия. Съществува обаче значителна празнина от лаборатория до клиника и ще бъде от съществено значение да се установят смислени параметри, които определят „APOBEC-позитивността“. За тази цел бъдещите проучвания ще трябва да оценят експресията на APOEBC3 или резултатите от мутационния подпис, които в крайна сметка могат да бъдат използвани в клинични изпитвания. Системите за оценяване и профилиране за PD-L1/PD1 и цялостното натоварване с туморни мутации могат да се използват за насоки [195–199].

Инхибиране на APOBEC3s за терапия на рак

Тъй като APOBEC3s могат да стимулират туморогенезата чрез мутагенни и немутагенни пътища, може да бъде полезно да се инхибират APOBEC3s в специфични, но вероятно множество онкогенни контексти (Таблица 6). Например, инхибиторите на APOBEC3 биха могли потенциално да предотвратят прогресирането на немускулно-инвазивен рак на пикочния мехур до мускулно-инвазивно заболяване, което има по-голямо APOBEC3-индуцирано мутационно бреме [1, 200]. Инхибиторите на APOBEC3 могат също да забавят STING-зависими метастази, особено в комбинация с нововъзникващи STING инхибитори [157, 201]. Инхибирането на APOBEC3G може също да поддържа аноикис, тъй като е доказано, че APOBEC3 нарушават тази форма на клетъчна смърт [49]. Освен това, инхибиторите на APOBEC3 могат да се използват особено при ракови заболявания, при които APOBEC3 прогнозират лоша прогноза, за ограничаване на еволюцията на тумора, хетерогенността на субклона и резистентността към химиотерапия [82, 148]. Инхибиторите на APOBEC3 понастоящем не са достъпни за клинична употреба, но скорошният напредък в разрешаването на молекулярните структури на ензимите APOBEC3 положи важна основа за евентуалното развитие на този клас лекарства [202]. Доказано е, че множество съединения с катехолови части инхибират APOBEC3G, с химични модификации, поддържащи по-ограничено насочване на APOBEC3A [203]. Съобщава се и за наскоро идентифициран инхибитор с малка молекула, който може да се насочи към каталитични джобове на AID, APOBEC3A и APOBEC3B и може да ръководи дизайна на инхибитори, специфични за всеки ензим APOBEC [205]. В допълнение към инхибиторите на малки молекули, други потенциални стратегии за намаляване на активността на APOBEC3 включват терапии за заглушаване на гени, ssDNA-съдържащи аналози на 2'-деоксизебуларин и алтернативни модулатори на снаждане [204]. Последният подход е възможен, тъй като някои изоформи на APOBEC3 са немутагенни и е доказано, че инхибирането на SF3B1 измества експресията към немутагенна изоформа на APOBEC3B чрез индуциране на пропускане на екзон 5 [1]. Освен това е доказано, че облекчаването на репликационния стрес чрез добавяне на нуклеозиди и инхибиране на chk1 намалява експресията на APOBEC3B in vitro [90].

Таблица 6 Биомаркер и терапевтичен потенциал на APOBEC3s

Таблица 6 (продължение)

Активиране на APOBEC3s за терапия на рак

Въпреки че инхибирането на APOBEC3s може да бъде полезно при много видове рак, привидно контраинтуитивната стратегия за увеличаване на активността на APOBEC3 в определени контексти може да предложи уникална терапевтична възможност. Например, насочената свръхекспресия на APOEBC3s може да бъде изгодна с имунотерапевтични средства. В подкрепа на този подход е доказано, че индукцията на APOBEC3B повишава отзивчивостта към терапия с блокада на имунни контролни точки при миши модели на меланом и рак на гърдата [164, 187]. Тази индуцирана от APOBEC3-сенсибилизация може да възникне чрез множество синергични пътища (фиг. 5). Първо, APOBEC3s могат да генерират голямо цялостно натоварване на туморни мутации, водещо до образуване на неоепитоп и имунно активиране при някои видове тумори [187]. Второ, APOBEC3-медиираните увеличения на експресията на PD-L1 също могат да подобрят имунотерапевтичния отговор [64, 171, 189]. Механично, APOBEC3s може да стимулира експресията на PD-L1 чрез увреждане на ДНК, което активира JNK/c-JUN сигнализация [190]. Синергиите между APOBEC3s и IFN- могат допълнително да повишат експресията на PD-L1 върху раковите клетки и допълнително да повишат чувствителността към имунотерапия [206, 207]. Тъй като APOBEC3 индуцират високо ниво на увреждане на ДНК, тяхната насочена свръхекспресия в раковите клетки може също да бъде цитотоксична [208]. Активирането на APOBEC3A може специфично да причини апоптоза in vitro, тъй като има най-високата активност на дезаминиране сред APOBEC3 [43, 108]. Освен това, насочената свръхекспресия на APOBEC3s може да бъде особено цитотоксична за тумори с нарушена функция на урацил гликозилаза или загуба на сензора на абазичното място HCES - мутации, които биха създали синтетична уязвимост [209, 210]. Терапиите, активиращи APOBEC3-, също могат да повлияят на употребата на генотоксични лекарства. Например, индукторите на APOBEC3 могат да подготвят туморите да реагират на базирани на платина химиотерапии и DDR инхибитори. Като доказателство на концепцията, in vitro проучване за рак на гърдата установи, че индуцирането на APOBEC3s в клетъчни линии с ниска изходна експресия значително повишава отзивчивостта към цисплатин [188]. Показано е също, че свръхекспресията на APOBEC3s повишава отзивчивостта към целеви ATR и Chk1/2 инхибитори в клетъчни линии на остра миелоидна левкемия и остеосарком [52, 191]. По подобен начин, свръхекспресията на APOBEC3B сенсибилизира клетки с дефицит на p53- към инхибиране на CHEK1/2, WEE1 и PARP [99]. Повишена чувствителност към инхибитори на PARP също се наблюдава при регулиране нагоре на APOBEC3A в ракови клетки на панкреаса [157]. Въпреки че има терапевтичен потенциал в някои контексти, индукцията на APOBEC3 може да не улесни имунотерапевтичния отговор при всички видове рак, особено при тумори, където по-високата експресия на APOBEC3 е свързана с имуносупресия (Таблица 4). Лекарствата, подобряващи APOBEC3-, също трябва да се изследват с повишено внимание предвид рисковете от нови мутации на водача, повишена хетерогенност на тумора и резистентност към химиотерапия. Независимо от това, активирането и инхибирането на активността на APOBEC3 са обещаващи подходи, които биха могли да създадат нови възможности за лечение за утрешния клиничен пейзаж.

Фиг. 5 Активиране на APOBEC3s за подобряване на отговора към имунотерапията. Увеличаването на активността на APOBEC3 може да повиши имунотерапевтичния отговор чрез образуване на неоепитоп, повишена експресия на PD-L1 и имунна активация, както е показано от проучвания, използващи миши модели

Изводи

APOBEC3s са основни мутагенни двигатели при рак, а APOBEC3A и APOBEC3B вероятно са най-значимите мутатори сред суперсемейството APOBEC3. APOBEC3A и APOBEC3B са свръхекспресирани при много ракови заболявания и тяхната експресия корелира с по-високо APOBEC3-индуцирано мутационно натоварване. Въпреки това, откриването на остатъчна активност на дезаминиране след нокаутирането на двамата членове на семейството предполага, че други APOBEC3s също са активни мутатори. Подобреното разбиране за това как всеки APOBEC3 допринася за рака допълнително ще изясни етиологията на тумора и може да стане терапевтично значимо за насочване към APOBEC3s.

Фиг. 6 Причини, последствия и клинични аспекти на APOBEC3-медиираната мутагенеза при рак. Разнообразие от екзогенни и ендогенни фактори могат да индуцират APOBEC3s, които след това могат да повлияят на растежа на рака чрез мутагенни и немутагенни пътища. Тези APOBEC3-медиирани ефекти могат да оформят клиничните резултати и да бъдат от значение както в настоящите, така и в бъдещите терапевтични пейзажи

По-цялостното разбиране на факторите, които предизвикват APOBEC3-медиирана мутагенеза, също може да доведе до подобрени стратегии за превенция на рака. Понастоящем известните задействания на експресията на APOBEC3 включват вирусна инфекция, възпаление и някои генотоксични лекарства, въпреки че повишената експресия сама по себе си може да не причини високи нива на мутагенеза (фиг. 6). В двуфакторен модел, ssDNA - която може да възникне от експозиция на генотоксично лекарство, геномна нестабилност и т.н. - създава първични мутационни субстрати за APOBEC3s и улеснява мутагенезата. Въпреки че мутагенезата е централна за ролята на APOBEC3s при рак, APOBEC3s може също да допринесе за туморогенезата чрез немутагенни пътища като модулация на клетъчния цикъл, епигенетична регулация, STING-зависими метастази и инхибиране на клетъчната смърт (фиг. 6). Освен това, APOBEC3s могат да модулират туморната имунна микросреда, като ефектът варира според типа рак. APOBEC3s са свързани с имунно активиране при рак на гърдата, белия дроб и пикочния мехур, докато APOBEC3-медиирана имуносупресия е наблюдавана при рак на черния дроб, рак на стомаха и адренокортикален карцином. Имуномодулиращите ефекти на APOBEC3s вероятно оказват влияние върху хода на заболяването, но APOBEC3-медиираната имунна активация не винаги води до подобрени клинични резултати, тъй като други фактори, като мутации на водача и инхибиране на клетъчната смърт, могат да имат противоположни ефекти. APOBEC3-медиираната имунна активация, увеличеният неоепитопен товар и по-високата експресия на PD-L1 могат да синергизират, за да подобрят отговора на имунотерапиите (фиг. 6). APOBEC3s може също така да улесни реакцията към терапии, базирани на платина. Няколко клинични асоциации заедно с предклиничните проучвания предполагат, че APOBEC3s могат да се използват като биомаркери за наличните в момента имунотерапии и химиотерапии, докато новите стратегии за активиране на APOBEC3 могат да подтикнат определени тумори към повишен терапевтичен отговор (фиг. 6).

Ползи от Cistanche tubulosa- укрепване на имунната система

Обратно, инхибирането на APOBEC3s може да забави еволюцията на тумора, да намали хетерогенността на субклона и да предотврати резистентността към терапия при някои видове рак и в контекста на специфични видове лечение. APOBEC3 са нерегулирани в голямо разнообразие и голяма част от човешките тумори, така че изследванията в тези области имат голям потенциал и могат да доведат до нови възможности за лечение на много видове рак.

Препратки

1. Rouf Banday A, Onabajo OO, Lin SHY, Obajemu A, Vargas JM, Delviks Frankenberry KA, et al. Насочването към естествената сплайсинг пластичност на APOBEC3B ограничава неговата експресия и мутагенна активност. Commun Biol.

2. 2021; 4 (1): 386. Ebrahimi D, Richards CM, Carpenter MA, Wang J, Ikeda T, Becker JT и др. Генетична и механична основа за алтернативен сплайсинг на APOBEC3H, рестрикция на ретровирус и противодействие от HIV-1 протеаза. Nat Commun.

3. 2018; 9 (1): 4137. Harari A, Ooms M, Mulder LCF, Simon V. Полиморфизмите и вариантите на снаждане влияят върху антиретровирусната активност на човешки APOBEC3H. J Virol. 2009; 83 (1): 295–303.

4. Lassen KG, Wissing S, Lobritz MA, Santiago M, Greene WC. Идентифициране на два варианта на снаждане на APOBEC3F, показващи HIV-1 антивирусна активност и контрастираща чувствителност към Vif*. J Biol Chem. 2010; 285 (38): 29326–35.

5. Salter JD, Bennett RP, Smith HC. Семейството протеини APOBEC: обединени по структура, различни по функция. Тенденции Biochem Sci. 2016; 41 (7): 578–94.

6. Chaudhuri J, Evans T, Kumar R, DiMenna L. Биологична функция на индуцирана от активиране цитидин деаминаза (AID). Biomed J. 2014;37(5):269.

7. Chen SH, Habib G, Yang CY, Gu ZW, Lee BR, Weng SA и др. Аполипопротеин B-48 е продукт на информационна РНК със специфичен за орган стоп кодон в рамката. Наука. 1987; 238 (4825): 363–6.

8. Powell LM, Wallis SC, Pease RJ, Edwards YH, Knott TJ, Scott J. Нова форма на тъканно-специфична обработка на РНК произвежда аполипопротеин-B48 в червата. клетка. 1987; 50 (6): 831–40.

9. Хирано К, Мин Дж, Фунахаши Т, Баунох Д.А., Дейвидсън Н.О. Характеризиране на човешкия аеробен -1 ген: експресия в стомашно-чревни тъкани, определена чрез алтернативно снаждане с производството на нов пресечен пептид. J Lipid Res. 1997;38(5):847–59.

10. Харис RS, Дъдли JP. APOBECs и вирусна рестрикция. Вирусология. 2015; 479–480: 131–45.

11. Силвас Т, Шифър Калифорния. APOBEC3s: ДНК-редактиращи човешки цитидин деаминази. Protein Sci. 2019. https://doi.org/10.1002/pro.3670.

12. Yu Q, König R, Pillai S, Chiles K, Kearney M, Palmer S, et al. Едноверижната специфичност на APOBEC3G обяснява минус-верижното дезаминиране на HIV генома. Nat Struct Mol Biol. 2004; 11 (5): 435–42.

13. Chan K, Sterling JF, Roberts SA, Bhagwat AS, Resnick MA, Gordenin DA. Увреждането на основата в едноверижната ДНК е в основата на in vivo хипермутабилност, предизвикана от повсеместен агент на околната среда. PLoS Genet. 2012;8(12):e1003149.

14. Hoopes JI, Cortez LM, Mertz TM, Malc EP, Mieczkowski PA, Roberts SA. APOBEC3A и APOBEC3B преференциално дезаминират изоставащия шаблон на веригата по време на репликацията на ДНК. Cell Rep. 2016; 14 (6): 1273–82.

15. Lada AG, Kliver SF, Dhar A, Polev DE, Masharsky AE, Rogozin IB, et al. Разрушаването на транскрипционния коактиватор Sub1 води до преразпределение в целия геном на клъстерни мутации, индуцирани от APOBEC в активни гени на дрожди. PLoS Genet. 2015;11(5):e1005217.

16. Seplyarskiy VB, Soldatov RA, Popadin KY, Antonarakis SE, Bazykin GA, Николаев SI. Индуцираните от APOBEC мутации в човешки рак са силно обогатени върху изоставащата ДНК верига по време на репликация. Genome Res. 2016; 26 (2): 174–82.

17. Buisson R, Langenbucher A, Bowen D, Kwan EE, Benes CH, Zou L, et al. Мутации на горещи точки на пътници при рак, предизвикани от APOBEC3A и мезомащабни геномни характеристики. Наука. 2019;364:6447.

18. McCann JL, Cristini A, Law EK, Lee SY, Tellier M, Carpenter MA, et al. R-loop хомеостаза и ракова мутагенеза, насърчавана от ДНК цитозин деаминазата APOBEC3B. bioRxiv [Интернет]. 2021; 30.08.2021 458235. Достъпно от: http://biorxiv.org/content/early/2021/08/30/2021.08.30.458235.abstract.

19. Holtz CM, Sadler HA, Mansky LM. Горещите точки на деаминиране на цитозин APOBEC3G се определят както от контекста на последователността, така и от вторичната структура на едноверижна ДНК. Nucleic Acids Res. 2013; 41 (12): 6139–48.

20. Харис RS. Молекулярен механизъм и клинично въздействие на катализираната от APOBEC3B мутагенеза при рак на гърдата. Рак на гърдата Res. 2015; 17 (1): 8.

21. Refsland EW, Харис RS. Семейството APOBEC3 от ретроелементи ограничаващи фактори. Берлин: Springer; 2013. стр. 1–27.

22. Бърнс MB, Lackey L, Carpenter MA, Rathore A, Land AM, Leonard B, et al. APOBEC3B е ензимен източник на мутация при рак на гърдата. Природата. 2013; 494 (7437): 366–70.

23. Chan K, Roberts SA, Klimczak LJ, Sterling JF, Saini N, Malc EP, et al. Сигнатурата на хипермутация на APOBEC3A се различава от сигнатурата на фоновата мутагенеза от APOBEC3B при човешки рак. Нат Генет. 2015; 47 (9): 1067–72.

24. КОСМИЧЕСКИ. 2022 г.

25. Александров LB, Kim J, Haradhvala NJ, Huang MN, Tian Ng AW, Wu Y, et al. Репертоарът от мутационни сигнатури в човешкия рак. Природата. 2020; 578 (7793): 94–101.

26. Александров LB, Nik-Zainal S, Wedge DC, Aparicio SAJR, Behjati S, Biankin A, et al. Подписи на мутационни процеси в човешкия рак. Природата. 2013; 500 (7463): 415–21.

27. Roberts SA, Lawrence MS, Klimczak LJ, Grimm SA, Fargo D, Stojanov P, et al. APOBEC модел на мутагенеза на цитидин деаминаза е широко разпространен при човешки рак. Нат Генет. 2013;45(9):970–6.

28. Zou J, Wang C, Ma X, Wang E, Peng G. APOBEC3B, молекулярен двигател на мутагенезата при човешки рак. Cell Biosci. 2017; 7 (1): 29.

29. Taylor BJ, Nik-Zainal S, Wu YL, Stebbings LA, Raine K, Campbell PJ и др. ДНК деаминазите индуцират свързани с прекъсване мутационни душове с отражението на APOBEC3B и 3A в kataegis при рак на гърдата. Елайф. 2013;16:2.

30. Liu W, Newhall KP, Khani F, Barlow L, Nguyen D, Gu L, et al. Цитидин деаминазата APOBEC3G допринася за раковата мутагенеза и клоновата еволюция при рак на пикочния мехур. Cancer Res. 2022; 26: 2651.

31. Aaltonen LA, Abascal F, Abeshouse A, Aburatani H, Adams DJ, Agrawal N, et al. Панраков анализ на цели геноми. Природата. 2020; 578 (7793): 82–93.

32. Bergstrom EN, Luebeck J, Petljak M, Khandekar A, Barnes M, Zhang T, et al. Картографирането на клъстерни мутации при рак разкрива APOBEC3 мутагенеза на cDNA. Природата. 2022; 602 (7897): 510–7.

33. Langenbucher A, Bowen D, Sakhtemani R, Bournique E, Wise JF, Zou L, et al. Разширен подпис на APOBEC3A мутация при рак. Nat Commun. 2021; 12 (1): 1602.

34. Бърнс MB, Темиз NA, Харис RS. Доказателство за мутагенеза на APOBEC3B при множество човешки ракови заболявания. Нат Генет. 2013; 45 (9): 977–83.

35. Kim H, Kim O, Lee MA, Lee JY, Hong SH, Ha US и др. Прогностично въздействие на експресията на APOBEC3B при метастатичен уротелиален карцином и връзката му с инфилтриращи тумор цитотоксични Т клетки. Curr Oncol. 2021; 28 (3): 1652–62.

36. Wang S, Jia M, He Z, Liu XS. APOBEC3B и APOBEC мутационен подпис като потенциални предсказващи маркери за имунотерапевтичен отговор при недребноклетъчен рак на белия дроб. Онкоген. 2018; 37 (29): 3924–36.

37. Xia S, Gu Y, Zhang H, Fei Y, Cao Y, Fang H и др. Имунното инактивиране чрез обогатяване на APOBEC3B прогнозира отговор на химиотерапия и оцеляване при рак на стомаха. Онкоимунология. 2021. https://doi.org/10. 1080/2162402X.2021.1975386.

38. Zhang J, Wei W, Jin HC, Ying RC, Zhu AK, Zhang FJ. Ролята на APOBEC3B при рак на стомаха. Int J Clin Exp Pathol. 2015; 8 (5): 5089–96.

39. Kosumi K, Baba Y, Ishimoto T, Harada K, Nakamura K, Ohuchi M, et al. APOBEC3B е ензимен източник на молекулярни промени в езофагеалния плоскоклетъчен карцином. Med Oncol. 2016;33(3):26.

40. Feng C, Zheng Q, Yang Y, Xu M, Lian Y, Huang J, et al. Висока експресия на APOBEC3B в гастроентеропанкреатични невроендокринни неоплазми и връзка с лимфни метастази. Appl Immunohistochem Mol Morphol. 2019; 27 (8): 599–605.

41. Rüder U, Denkert C, Alisa Kunze C, Jank P. APOBEC3B протеинова експресия и анализи на иРНК при пациенти с високостепенен серозен овариален карцином. Histol Histopathol. 2019; 34: 405-17.

42. Du Y, Tao X, Wu J, Yu H, Yu Y, Zhao H. Повишената регулация на APOBEC3B независимо предсказва прогнозата за рак на яйчниците: кохортно проучване. Cancer Cell Int. 2018; 18 (1): 78.

43. Liu W, Ji H, Zhao J, Song J, Zheng S, Chen L, et al. Транскрипционната репресия и апоптозата влияят върху ефекта наAPOBEC3A / 3Bфункционални полиморфизми върху риска от рак на жлъчните пътища. Int J Рак. 2022; 150 (11): 1825–37.

44. Gara SK, Tyagi MV, Patel DT, Gaskins K, Lack J, Liu Y, et al. GATA3 и APOBEC3B са прогностични маркери при адренокортикален карцином и APOBEC3B се регулира директно транскрипционно от GATA3. Oncotarget. 2020; 11 (36): 3354–70.

45. Wagener R, Александров LB, Montesinos-Rongen M, Schlesner M, Haake A, Drexler HG, et al. Анализът на мутационни сигнатури в екзоми от клетъчни линии на В-клетъчен лимфом предполага, че членовете на семейството на APOBEC3 участват в патогенезата на първичен ефузионен лимфом. Левкемия. 2015; 29 (7): 1612–5.

46. ​​Glaser AP, Fantini D, Wang Y, Yu Y, Rimar KJ, Podojil JR, et al. APOBEC-медиираната мутагенеза при уротелиален карцином е свързана с подобрена преживяемост, мутации в гените за отговор на увреждане на ДНК и имунен отговор. Oncotarget. 2018; 9 (4): 4537–48.

47. Cortez LM, Brown AL, Dennis MA, Collins CD, Brown AJ, Mitchell D, et al. APOBEC3A е видна цитидин деаминаза при рак на гърдата. PLoS Genet. 2019;15(12):e1008545.

48. Asaoka M, Patnaik SK, Ishikawa T, Takabe K. Различни членове на семейството APOBEC3 на ДНК мутатори имат противоположни асоциации с пейзажа на рака на гърдата. Am J Cancer Res. 2021;11:5111.

49. Wu J, Pan TH, Xu S, Jia LT, Zhu LL, Mao JS и др. Индуцираният от вирус протеин APOBEC3G инхибира аноикис чрез активиране на Akt киназа в ракови клетки на панкреаса. Sci Rep. 2015; 5 (1): 12230. 50. Ding Q, Chang CJ, Xie X, Xia W, Yang JY, Wang SC и др. APOBEC3G насърчава чернодробни метастази в ортотопичен миши модел на колоректален рак и прогнозира човешки чернодробни метастази. J Clin Investig. 2011; 121 (11): 4526–36.

51. Luo C, Wang S, Liao W, Zhang S, Xu N, Xie W и др. Повишаването на регулацията на фамилията APOBEC3 е свързано с лоша прогноза и влияе на отговора на лечението към Raf инхибитори при нискостепенна глиома. Int J Mol Sci. 2021;22(19):10390.

52. Green AM, Budagyan K, Hayer KE, Reed MA, Savani MR, Wertheim GB, et al. Цитозин деаминазата APOBEC3A сенсибилизира левкемичните клетки към инхибиране на контролната точка за репликация на ДНК. Cancer Res. 2017; 77 (17): 4579–88.

53. Waters CE, Saldivar JC, Amin ZA, Schrock MS, Huebner K. Индуцирано от загуба на FHIT увреждане на ДНК създава оптимални APOBEC субстрати: прозрения за APOBEC-медиирана мутагенеза. Oncotarget. 2015; 6 (5): 3409–19.

54. Sasaki H, Suzuki A, Tatematsu T, Shitara M, Hikosaka Y, Okuda K, et al. Свръхекспресия на ген APOBEC3B при недребноклетъчен рак на белия дроб. Biomed Rep. 2014; 2 (3): 392–5.

55. Feng C, Zhang Y, Huang J, Zheng Q, Yang Y, Xu B. Прогностичното значение на APOBEC3B и PD-L1/PD-1 при назофарингеален карцином. Appl Immunohistochem Mol Morphol. 2021; 29 (3): 239–44.

56. Leonard B, Hart SN, Burns MB, Carpenter MA, Temiz NA, Rathore A, et al. APOBEC3B регулиране нагоре и модели на геномна мутация при серозен овариален карцином. Cancer Res. 2013; 73 (24): 7222-31.

57. Heller M, Prigge ES, Kaczorowski A, von Knebel Doeberitz M, Hohen Fellner M, Duensing S. Експресия на APOBEC3A в плоскоклетъчен карцином на пениса. Патобиология. 2018; 85 (3): 169–78.

58. Petljak M, Dananberg A, Chu K, Bergstrom EN, Striepen J, von Morgen P, et al. Механизми на мутагенеза на APOBEC3 в човешки ракови клетки. Природата. 2022; 607 (7920): 799–807.

59. Petljak M, Maciejowski J. Молекулярен произход на свързаните с APOBEC мутации при рак. Ремонт на ДНК (Amst). 2020;94:102905.

60. Carpenter MA, Li M, Rathore A, Lackey L, Law EK, Land AM, et al. Метилцитозин и нормално деаминиране на цитозин от чуждия ДНК рестрикционен ензим APOBEC3A. J Biol Chem. 2012; 287 (41): 34801–8.

61. Middlebrooks CD, Banday AR, Matsuda K, Udquim KI, Onabajo OO, Paquin A, et al. Асоциация на варианти на зародишна линия в региона APOBEC3 с риск от рак и обогатяване с мутации на APOBEC-подпис в тумори. Нат Генет. 2016; 48 (11): 1330–8.

62. Nik-Zainal S, Wedge DC, Александров LB, Petljak M, Butler AP, Bolli N, et al. Асоциация на полиморфизъм на брой копия на зародишна линия на APOBEC3A и APOBEC3B с тежестта на предполагаемите APOBEC-зависими мутации при рак на гърдата. Нат Генет. 2014; 46 (5): 487–91.

63. Matsuda K, Takahashi A, Middlebrooks CD, Obara W, Nasu Y, Inoue K, et al. Проучване за асоцииране в целия геном идентифицира SNP на 15q24, свързан с риск от рак на пикочния мехур в японската популация. Хум Мол Генет. 2015; 24 (4): 1177–84.

64. Kim Y, Sun DS, Yoon J, Ko YH, Won HS, Kim JS. Клинични последици от експресията на APOBEC3A и 3B при пациенти с рак на гърдата. ПЛОС ЕДИН. 2020;15(3):e0230261. 65. Starrett GJ, Luengas EM, McCann JL, Ebrahimi D, Temiz NA, Love RP и др. ДНК цитозин деаминазата APOBEC3H хаплотип I вероятно допринася за мутагенезата на рак на гърдата и белия дроб. Nat Commun. 2016; 7 (1): 12918.

66. Ставру С, Рос СР. APOBEC3 протеини във вирусен имунитет. J Immunol. 2015; 195 (10): 4565–70.

67. Bosch FX, Lorincz A, Munoz N, Meijer CJLM, Shah K. Причинно-следствената връзка между човешки папиломен вирус и рак на маточната шийка. J Clin Pathol. 2002; 55 (4): 244–65.

68. Реватидеви С, Муруган АК, Накаока Х, Иноуе И, Мунираджан АК. APOBEC: молекулярен двигател в патогенезата на рака на маточната шийка. Рак Lett. 2021; 496: 104–16.

69. Riva G, Albano C, Gugliesi F, Pasquero S, Pacheco SFC, Pecorari G, et al. HPV среща APOBEC: нови играчи при рака на главата и шията. Int J Mol Sci. 2021; 22 (3): 1402.