The single nucleotide polymorphism (SNP) in DNA repair genes by homologous recombination (XRCC2 and RAD51) and the risk of sporadic breast cancer in Poland

Wstęp

Rak piersi jest genetycznie heterogenną chorobą. Jest to najczęstszy nowotwór złośliwy u kobiet na świecie [1]. Ryzyko zachorowania na raka piersi istotnie wzrasta. Obecnie jest on najczęstszym nowotworem złośliwym u kobiet w Polsce.

Przyczyną raka piersi mogą być mutacje powstałe w wyniku nagromadzenia się błędów w DNA powstałych w wyniku zaburzenia mechanizmów ich naprawy. Znanych jest pięć systemów naprawy DNA:

• szlak naprawy przez bezpośrednią rewersję uszkodzenia,

• wycinanie zasad azotowych,

• wycinanie nukleotydów,

• naprawa błędnie sparowanych zasad azotowych,

• naprawa przez rekombinację (homologiczną i niehomologiczną) [2–4].



Białko RAD51 odgrywa istotną rolę w rekombinacji homologicznej w wyniku bezpośredniego oddziaływania z XRCC2, XRCC3, BRCA1, BRCA2 oraz tworzenia kompleksu, który jest konieczny do naprawy podwójnych pęknięć DNA i utrzymania stabilności genomu [5]. W genie RAD51 wykryto polimorfizm pojedynczych nukleotydów (single nucleotide polymorphism – SNP), podstawienie G do C w pozycji 135 (5’ – nieulegający translacji region). Polimorfizm 135G/C jest zlokalizowany w obszarze promotora i ze względu na swoje położenie może mieć istotny wpływ na regulację ekspresji mRNA. Badania kobiet będących nosicielkami mutacji w genie BRCA1, wykazały, że allel 135C jest związany z dwa razy większym ryzykiem raka piersi i jajników niż allel G [6]. Także u kobiet będących nosicielkami mutacji w genie BRCA2 allel C podwyższa ryzyko tego nowotworu [7–9].

Gen XRCC2 jest zlokalizowany w obszarze 7q36.1. Stanowi on istotny element systemu naprawy przez rekombinację homologiczną, a zaburzenia jego funkcji mogą mieć związek z rozwojem nowotworów [10]. Gen XRCC2 jest polimorficzny. Polimorfizm Arg188His zlokalizowany w eksonie 3 może być związany z rozwojem różnych nowotworów, takich jak rak trzustki i krtani u osób palących [11–13]. Allel 188His genu XRCC2 może być związany ze wzrastającym ryzykiem raka piersi, natomiast nie ma związku z rozwojem raka pęcherza moczowego, jelita grubego i skóry [14–17].

W prezentowanej pracy badano związek pomiędzy polimorfizmami pojedynczych nukleotydów Arg188His genu XRCC2 i G135C genu RAD51 a rakiem piersi u polskich kobiet.

Materiał i metody

Pacjenci

Badania zostały przeprowadzone u 80 pacjentek chorych na raka piersi. Materiał stanowiły wycinki z guzów w postaci bloczków parafinowych zgromadzonych w archiwum Zakładu Patomorfologii Klinicznej Instytutu Centrum Zdrowia Matki Polki. Średnia wieku pacjentek wynosiła 58 lat (48–72). Średni rozmiar guza – 20 mm (17–32 mm). U żadnej z pacjentek nie stwierdzono przerzutów odległych. Stopień zaawansowania nowotworu oceniany był wg trzystopniowej skali Scarfa-Blooma-Richardsona. Do badań wykorzystano 35 przypadków I stopnia zaawansowania, 41 przypadków II stopnia

i 4 przypadki III stopnia zaawansowania nowotworu. Jako kontrolę użyto DNA uzyskany od osób, u których nie stwierdzono występowania choroby nowotworowej (n = 80). DNA izolowano przy zastosowaniu komercyjnie dostępnego zestawu QIAmp Kit (Qiagen GmbH, Hilden, Germany) zgodnie z zaleceniami producenta.

Analiza polimorfizmu RAD51

Polimorfizm RAD51 analizowano przy zastosowaniu techniki PCR-RFLP z zastosowaniem enzymu restrykcyjnego MvaI. Allel dziki odpowiadał fragmentom długości 86 i 71-pz. Allel 135C odpowiadał długości 157 pz. Zastosowano startery o następujących sekwencjach: 5’TGG GAA CTG CAA CTC ATC TGG 3’ i 5’GCG CTC CTC TCT CCA GCAG 3’.

Reakcję łańcuchowej polimerazy (polymerase chain reaction – PCR) przeprowadzono w termocyklerze GeneAmp PCR system 9700 (Applied Biosystems) thermal cycler. Objętość mieszaniny reakcyjnej wynosiła 25 µl i obejmowała: 5 ng genomowego DNA, 0,2 µmol starterów (ARK Scientific GmbH Biosystems, Darmstad, Germany), 2,5 mM MgCl2,

1 mM dNTPs i 1 U Taq Polymerase (Qiagen GmbH, Hilden, Germany). Warunki reakcji PCR były następujące: 94°C przez 60 s, 54°C przez 30 s, 72°C przez 40 s, liczba cykli – 35. Po trawieniu enzymem MvaI przez 4 godz. w 37°C próbka podlegała elektroforezie na 7-procentowym żelu poliakryloamidowym i analizowana po barwieniu bromkiem etydyny. Każda próbka była klasyfikowana do jednego z trzech genotypów: G/G, G/C i C/C.

Analiza polimorfizmu XRCC2

Polimorfizm genu XRCC2 został określony przez PCR-RFLP z zastosowaniem starterów 5’TGTAGTCACCCATCTCTCTGC3’ i 5’AGTTGCTGCCATGCCTTACA3’. 25 µl mieszaniny PCR obejmowało 100 ng DNA, 12,5 pmol każdego startera, 0,2 mmol/l dNTP, 2 mmol/l MgCl2

i 1 U Taq DNA Polymerase. Produkt o długości 290 pz był trawiony całą noc 1 U HpnI w 37°C. Allel Arg odpowiadał fragmentowi długości 290 pz, allel His dwóm fragmentom – 148 oraz 142 pz.

Analiza statystyczna

Analizę statystyczną uzyskanych wyników przeprowadzano, stosując program komputerowy STATISTICA ver. 5.0 (StatSoft, Inc.). Wynik uznawano za istotny statystycznie przy p < 0,05. Analiza statystyczna rozkładu genotypów oraz alleli w grupie badanej i kontrolnej przeprowadzona została po wcześniejszym potwierdzeniu, że otrzymane układy pozostają w stanie równowagi wg reguły Hardy’ego-Weinberga.

Wyniki

Tabela I przedstawia rozkład genotypów polimorfizmu 135G/C genu RAD51 w grupie badanej i kontrolnej. Wykazano statystycznie istotne różnice pomiędzy badanymi grupami (p < 0,05). Częstości alleli G i C wynosiły odpowiednio 0,37/0,63 u pacjentek i 0,53/0,47 w grupie kontrolnej. U pacjentek obserwowane częstości genotypów G/G, G/C i C/C różniły się znacząco (p < 0,05) od rozkładu przewidywanego przez prawo Hardy’ego-

-Weinberga. Częstość genotypu C/C była statystycznie znacząca [OR 2,29, 95% CI (0,91–5,72); p = 0,04] (tab. I).

Występowanie genotypu CC zwiększa ok. 2-krotnie szan­sę rozwoju raka piersi.



Nie wykazano statystycznie istotnych różnic w częstościach alleli i genotypów polimorfizmu Arg188His genu XRCC2 pomiędzy grupą badaną i kontrolną

(p > 0,05; tab. II). Kobiety chore na raka piersi charakteryzowały się następującą częstością genotypów:

Arg/Arg – 0,25, Arg/His – 0,50 i His/His – 0,25; natomiast grupa kontrolna odpowiednio: 0,26, 0,49, i 0,25 dla tych samych genotypów.



Nie wykazano statystycznie istotnych różnic w rozkładzie genotypów i częstości alleli w zależności od stopnia zaawansowania nowotworu (tab. III).

Dyskusja

Dane z piśmiennictwa wskazują, że geny uczestniczące w naprawie DNA i w utrzymaniu stabilności genomu odgrywają istotną rolę w obronie organizmu przed powstawaniem mutacji prowadzących do chorób nowotworowych [18]. Polimorfizmy pojedynczych nukleotydów są obecne w genach naprawy DNA, ale ich znaczenie w rozwoju chorób nowotworowych nie jest do końca wyjaśnione.

Polimorfizmy mogą mieć funkcjonalne znaczenie i odpowiadać za obniżenie zdolności mechanizmu naprawy DNA w nowotworach, w tym w raku piersi.

W prezentowanej pracy badano, czy SNP w genach naprawy DNA XRCC2-Arg188His oraz RAD51-135G/C mogą być związane z ryzykiem raka piersi.

Nie wykazano związku pomiędzy występowaniem sporadycznego raka piersi a polimorfizmem Arg188His genu XRCC2 u polskich kobiet. Uzyskane wyniki są zgodne z najnowszymi danymi piśmiennictwa, które wskazują na brak bezpośredniego związku pomiędzy tym polimorfizmem a ryzykiem nowotworu także u kobiet innych populacji [19, 20].

Interesujący jest fakt, że w populacji polskiej polimorfizm Arg188His XRCC2 nie jest związany z ryzykiem raka piersi u kobiet obciążonych genetycznie mutacjami w genie BRCA1 [21].

W pracy badano także znaczenie polimorfizmu RAD51-135G/C u chorych na raka piersi. Najnowsze dane piśmiennictwa wskazują, że może on mieć związek z rakiem piersi, zwłaszcza obecność homozygoty 135C/C [22, 23].

Dane dla populacji polskiej nie wskazują jednoznacznie, jaką rolę odgrywa ten polimorfizm. Jakubowska i wsp. sugerują, że polimorfizm 135G/C genu RAD51 może być czynnikiem ryzyka raka piersi u kobiet będących nosicielkami mutacji BRCA1, ale nie w przypadku sporadycznego nowotworu [24].

Krupa i wsp. wykazali, że współistnienie genotypów Thr241Met genu XRCC3 oraz 135G/C RAD51 obniża ryzyko raka piersi w populacji polskiej [25].

Zespół Błasiaka i wsp. sugeruje, że polimorfizm 135G/C genu RAD51 może nie być bezpośrednio związany z rozwojem sporadycznego raka piersi i nie może być użytecznym markerem tej choroby u kobiet w Polsce [26].

Wyniki przedstawione w prezentowanej pracy wskazują, że polimorfizm 135G/C może być związany ze sporadycznym rakiem piersi u polskich kobiet. Rozkład genotypów G/G, G/C i C/C u pacjentów odbiegał od rozkładu zgodnego z prawem Hardy’ego-Weinberga, z przewagą homozygoty C/C (OR 2,29; 95% CI 0,91–5,72). Genotyp CC może zwiększać ok. 2-krotnie ryzyko wystąpienia tej choroby.

Jest możliwe, że allel C jest w korelacji z innymi, nieznanymi jeszcze mutacjami zlokalizowanymi poza regionem kodującym genu RAD51, które mogą być istotne dla stężenia białka RAD51 w osoczu.

Wniosek

Badania wskazują, że polimorfizm genu RAD51 może być związany z rakiem piersi u polskich kobiet. Do potwierdzenia tego przypuszczenia konieczne są badania przeprowadzone na większej populacji.

Piśmiennictwo

1. Veronesi U, Boyle P, Goldhirsch A, et al. Breast cancer. Lancet 2005;

365: 1727-41.

2. Wood RD, Mitchell M, Sgouros J, Lindahl T. Human DNA repair genes. Science 2001; 291: 1284-9.

3. Krokan HE, Nilsen H, Skorpen F, et al. Base excision repair of DNA in mammalian cells. FEBS Lett 2000; 476: 73-7.

4. Hazra TK, Das A, Das S, et al. Oxidative DNA damage repair in mammalian cells: a new perspective. DNA Repair 2007; 6: 470-80.

5. Thacker J. The RAD51 gene family, genetic instability and cancer. Cancer Lett 2005; 219: 125-35.

6. Jakubowska A, Gronwald J, Menkiszak J, et al. The RAD51 135 G>C polymorphism modifies breast cancer and ovarian cancer risk in Polish BRCA1 mutation carriers. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2007; 16: 270-5.

7. Antoniou AC, Sinilnikova OM, Simard J, et al. RAD51 135G-->C modifies breast cancer risk among BRCA2 mutation carriers: results from a com­bined analysis of 19 studies. Am J Hum Genet 2007; 81: 1186-200.

8. Kadouri L, Kote-Jarai Z, Hubert A, et al. A single-nucleotide polymorphism in the RAD51 gene modifies breast cancer risk in BRCA2 carriers, but not in BRCA1 carriers or noncarriers. Br J Cancer 2004; 90: 2002-5.

9. Wang WW, Spurdle AB, Kolachana P, et al. A single nucleotide poly­mor­phism in the 5’ untranslated region of RAD51 and risk of cancer among BRCA1/2 mutation carriers. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2001; 10: 955-60.

10. Thacker J, Zdzienicka MZ. The XRCC genes: expanding roles in DNA double-strand break repair. DNA Repair (Amst) 2004; 3: 1081-90.

11. Jiao L, Hassan MM, Bondy ML, et al. XRCC2 and XRCC3 gene poly­mor­phism and risk of pancreatic cancer. Am J Gastroenterol 2008; 103: 360-7.

12. Benhamou S, Tuimala J, Bouchardy C, et al. DNA repair gene XRCC2 and XRCC3 polymorphisms and susceptibility to cancers of the upper aerodigestive tract. Int J Cancer 2004; 112: 901-4.

13. Yen CY, Liu SY, Chen CH, et al. Combinational polymorphisms of four DNA repair genes XRCC1, XRCC2, XRCC3, and XRCC4 and their association with oral cancer in Taiwan. J Oral Pathol Med 2008; 37: 271-7.

14. Kuschel B, Auranen A, McBride S, et al. Variants in DNA double-strand break repair genes and breast cancer susceptibility. Hum Mol Genet 2002; 11: 1399-407.

15. Matullo G, Guarrera S, Sacerdote C, et al. Polymorphisms/haplotypes in DNA repair genes and smoking: a bladder cancer case-control study. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2005; 14: 2569-78.

16. Tranah GJ, Giovannucci E, Ma J, et al. XRCC2 and XRCC3 polymorphisms are not associated with risk of colorectal adenoma. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2004; 13: 1090-1.

17. Han J, Colditz GA, Samson LD, Hunter DJ. Polymorphisms in DNA double--strand break repair genes and skin cancer risk. Cancer Res 2004; 64: 3009-13.

18. Jiricny J, Nyström-Lahti M. Mismatch repair defects in cancer. Curr Opin Genet Dev 2000; 10: 157-61.

19. Yu KD, Chen AX, Qiu LX, et al. XRCC2 Arg188His polymorphism is not directly associated with breast cancer risk: evidence from 37,369 subjects. Breast Cancer Res Treat 2010; 123: 219-25.

20. Brooks J, Shore RE, Zeleniuch-Jacquotte A, et al. Polymorphisms in RAD51, XRCC2, and XRCC3 are not related to breast cancer risk. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2008; 17: 1016-9.

21. Jakubowska A, Gronwald J, Menkiszak J, et al. BRCA1-associated breast and ovarian cancer risks in Poland: no association with commonly studied polymorphisms. Breast Cancer Res Treat 2010; 119: 201-11.

22. Gao LB, Pan XM, Li LJ, et al. RAD51 135G/C polymorphism and breast cancer risk: a meta-analysis from 21 studies. Breast Cancer Res Treat 2011; 125: 827-35.

23. Wang Z, Dong H, Fu Y, Ding H. RAD51 135G>C polymorphism contributes to breast cancer susceptibility: a meta-analysis involving 26,444 subjects. Breast Cancer Res Treat 2010; 124: 765-9.

24. Jakubowska A, Jaworska K, Cybulski C, et al. Do BRCA1 modifiers also affect the risk of breast cancer in non-carriers? Eur J Cancer 2009; 45: 837-42.

25. Krupa R, Synowiec E, Pawlowska E, et al. Polymorphism of the homo­logous recombination repair genes RAD51 and XRCC3 in breast cancer. Exp Mol Pathol 2009; 87: 32-5.

26. Blasiak J, Przybylowska K, Czechowska A, et al. Analysis of the G/C polymorphism in the 5’-untranslated region of the RAD51 gene in breast cancer. Acta Biochim Pol 2003; 50: 249-53.