Russian Journal of GeneticsRussian Journal of GeneticsГенетика0016-67583034-5103The Russian Academy of Sciences66718610.31857/S0016675824100096wevytvГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКАResearch ArticleHypermethylation of Long Non-Coding RNA Genes GAS5, Hotair, Hotairm1 and SSTR5-AS1 As Factors in the Development and Progression of Metastatic Breast CancerГиперметилирование генов длинных некодирующих рнк Gas5, Hotair, Hotairm1 и SSTR5-AS1 как фактор развития и прогрессии метастатического рака молочной железыFilippovaE. A.ФилипповаЕ. А.
Russian Federation
p.lenyxa@yandex.ruLukinaS. S.ЛукинаС. С.
Russian Federation
p.lenyxa@yandex.ruLoginovV. I.ЛогиновВ. И.
Russian Federation
p.lenyxa@yandex.ruBurdennyyA. M.БурдённыйА. М.
Russian Federation
p.lenyxa@yandex.ruProninaI. V.ПронинаИ. В.
Russian Federation
p.lenyxa@yandex.ruArzhanukhinaN. A.АржанухинаН. А.
Russian Federation
p.lenyxa@yandex.ruKazubskayaT. P.КазубскаяТ. П.
Russian Federation
p.lenyxa@yandex.ruBragaE. A.БрагаЭ. А.
Russian Federation
p.lenyxa@yandex.ruInstitute of General Pathology and PathophysiologyНаучно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологииMedical Genetic Research CenterМедико-генетический научный центр им. академика Н.П. БочковаN.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, the Ministry of Health of RussiaНациональный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина16102024601010311026022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0016-6758/article/view/667186

Metastasis to the lymph nodes is one of the most important factors in the poor prognosis of patients with breast cancer; the five-year survival rate for metastatic breast cancer is less than 30%. DNA methylation occurs in the early stages of the development of cancer, and also plays an important role in the development of lymphatic metastases and can serve as a diagnostic and prognostic marker of malignant tumors, including breast cancer. The lncRNA genes GAS5, HOTAIR, HOTAIRM1, SSTR5-AS1, presumably hypermethylated in breast cancer and associated with epithelial-mesenchymal transition and metastasis, were bioinformatically selected. Quantitative methyl-specific PCR showed a statistically significant increase in the methylation level of these lncRNA genes in breast tumors compared to the paired norm. Hypermethylation of the HOTAIRM1 and SSTR5-AS1 genes in breast cancer was identified for the first time. Using statistical analysis, positive correlations were established between methylation levels for the GAS5-HOTAIR and SSTR5-AS1-HOTAIRM1 pairs. The result of co-methylation of GAS5 and HOTAIR in breast cancer is consistent with the bioinformatically predicted (using enrichment analysis and the ncPath database) participation of these lncRNAs in the regulation of common signaling pathways and biological processes. The level of methylation of the lncRNA genes HOTAIRM1 and SSTR5-AS1 is associated with indicators of breast cancer progression (stage of the tumor process, tumor size, presence of metastases in the lymph nodes). A model has been proposed for assessing the risk of developing lymphogenous metastases depending on the level of methylation of the HOTAIRM1 gene. Thus, data were obtained on lncRNAs GAS5, HOTAIR, HOTAIRM1 and SSTR5-AS1 and hypermethylation of their genes as factors in the development and progression of metastatic breast cancer.

Метастазирование в лимфатические узлы относится к наиболее важным факторам плохого прогноза больных РМЖ, пятилетняя выживаемость при метастатическом РМЖ составляет менее 30%. Метилирование ДНК происходит на ранних стадиях онкологических заболеваний, а также играет важную роль в развитии лимфогенных метастазов и может служить диагностическим и прогностическим маркером РМЖ. Биоинформатически отобраны гены днРНК GAS5, HOTAIR, HOTAIRM1, SSTR5-AS1, предположительно гиперметилированные при РМЖ и связанные с эпителиально-мезенхимальным переходом и метастазированием. Методом количественной метилспецифичной ПЦР показано статистически значимое повышение уровня метилирования этих генов днРНК в опухолях молочной железы по сравнению с парной нормой. Гиперметилирование генов HOTAIRM1 и SSTR5-AS1 при РМЖ выявлено впервые. Методом статистического анализа установлены положительные корреляции между уровнями метилирования для пар GAS5 – HOTAIR и SSTR5-AS1 – HOTAIRM1. Результат о ко-метилировании GAS5 и HOTAIR при РМЖ согласуется с биоинформатически предсказанным (с привлечением анализа обогащения по функциональной принадлежности и базы данных ncPath) участием этих днРНК в регуляции общих сигнальных путей и биологических процессов. Уровень метилирования генов днРНК HOTAIRM1 и SSTR5-AS1 ассоциирован с показателями прогрессии РМЖ (стадией опухолевого процесса, размером опухоли, наличием метастазов в лимфатические узлы). Предложена модель оценки риска развития лимфогенных метастазов в зависимости от уровня метилирования гена HOTAIRM1. Таким образом, получены данные о днРНК GAS5, HOTAIR, HOTAIRM1 и SSTR5-AS1 и гиперметилировании их генов как факторе развития и прогрессии метастатического РМЖ.

breast cancerDNA methylationlong non-coding RNAlymphogenous metastasesрак молочной железыметилирование ДНКдлинные некодирующие РНКлимфогенные метастазыРоссийский научный фонд (гранд)Russian Science Foundation (grand)22-75-00132Bray F., Laversanne M., Sung H. et al. Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries // CA Cancer J. Clin. 2024. doi: 10.3322/caac.21834Siegel R.L., Miller K.D., Fuchs H.E. et al. Cancer statistics, 2022 // CA Cancer J. Clin. 2022. V. 72. № 1. P. 7–33. doi: 10.3322/caac.21708To B., Isaac D., Andrechek E.R. Studying lymphatic metastasis in breast cancer: Current models, strategies, and clinical perspectives // J. Mammary Gland Biol. Neoplasia. 2020. V. 25. № 3. P.191–203. doi: 10.1007/s10911-020-09460-5Kim M.Y. Breast cancer metastasis // Adv. Exp. Med. Biol. 2021. V. 1187. P. 183–204. doi: 10.1007/978-981-32-9620-6_9Shukla S., Penta D., Mondal P. et al. Epigenetics of breast cancer: Clinical status of epi-drugs and phytochemicals // Adv. Exp. Med. Biol. 2019. V. 1152. P. 293–310. doi: 10.1007/978-3-030-20301-6_16Rahman M.M., Brane A.C., Tollefsbol T.O. MicroRNAs and epigenetics strategies to reverse breast cancer // Cells. 2019. V. 8. № 10. doi: 10.3390/cells8101214Cervena K., Siskova A., Buchler T. et al. Methylation-based therapies for colorectal cancer // Cells. 2020. V. 9. № 6. doi: 10.3390/cells9061540Yan H., Bu P. Non-coding RNA in cancer // Essays Biochem. 2021. V. 65. № 4. P. 625–639. doi: 10.1042/EBC20200032Ahmadpour S.T., Orre C., Bertevello P.S. et al. Breast cancer chemoresistance: Insights into the regulatory role of lncRNA // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. № 21. ID. 15897. doi: 10.3390/ijms242115897Yang F., Lv S. LncRNA EPB41L4A-AS1 regulates cell proliferation, apoptosis and metastasis in breast cancer // Ann. Clin. Lab. Sci. 2022. V. 52. № 1. P. 3–11. Erratum in: Ann. Clin. Lab. Sci. 2022. V. 52. № 3. ID. 510.Hashemi M., Moosavi M.S., Abed H.M. et al. Long non-coding RNA (lncRNA) H19 in human cancer: From proliferation and metastasis to therapy // Pharmacol. Res. 2022. V. 184. doi: 10.1016/j.phrs.2022.106418Kim J., Piao H.L., Kim B.J. et al. Long noncoding RNA MALAT1 suppresses breast cancer metastasis // Nat. Genet. 2018. V. 50. № 12. P. 1705–1715. doi: 10.1038/s41588-018-0252-3Brierley J.D., Gospodarowicz M.K., Chichester C.W. TNM Classification of Malignant Tumours. 8th. ed. / Eds 2017. 272 p.World Medical Association. World Medical Association Declaration of Helsinki: Ethical principles for medical research involving human subjects // JAMA. 2013. V. 310. № 20. P. 2191–2194. doi: 10.1001/jama.2013.281053Loginov V.I., Pronina I.V., Filippova E.A. et al. Aberrant methylation of 20 miRNA genes specifically involved in various steps of ovarian carcinoma spread: From primary tumors to peritoneal macroscopic metastases // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 3. doi: 10.3390/ijms23031300Wu J., Xiao Y., Xia C. et al. Identification of biomarkers for predicting lymph node metastasis of stomach cancer using clinical DNA methylation data // Dis. Markers. 2017. V. 2017. doi: 10.1155/2017/5745724Teschendorff A.E., Gao Y., Jones A. et al. DNA methylation outliers in normal breast tissue identify field defects that are enriched in cancer // Nat. Commun. 2016. V. 29. № 7. doi: 10.1038/ncomms10478Lu L., Zhu G., Zhang C. et al. Association of large noncoding RNA HOTAIR expression and its downstream intergenic CpG island methylation with survival in breast cancer // Breast Cancer Res. Treat. 2012. V. 136. № 3. P. 875–83 . doi: 10.1007/s10549-012-2314-zSelezneva A.D., Filippova E.A., Selezneva A.D. et al. Hypermethylation of long non-coding RNA genes group in the breast cancer development and progression // Bull. Exp. Biol. Med. 2022. V. 173. № 6. P. 765–769. doi: 10.1007/s10517-022-05627-8Liu W., Zhan J., Zhong R. et al. Upregulation of long noncoding RNA_GAS5 suppresses cell proliferation and metastasis in laryngeal cancer via regulating PI3K/AKT/mTOR signaling pathway // Technol. Cancer Res. Treat. 2021. V. 20. doi: 10.1177/1533033821990074.Sadeghalvad M., Mansouri K., Mohammadi-Motlagh H.R. et al. Long non-coding RNA HOTAIR induces the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway in breast cancer cells // Rev. Assoc. Med. Bras. 2022. V. 68. № 4. P. 456–462. doi: 10.1590/1806-9282.20210966Yu X., Duan W., Wu F. et al. LncRNA-HOTAIRM1 promotes aerobic glycolysis and proliferation in osteosarcoma via the miR-664b-3p/Rheb/mTOR pathway // Cancer Sci. 2023. V. 114. № 9. P. 3537–3552. doi: 10.1111/cas.15881