Внутриопухолевая гетерогенность и ветвящаяся эволюция, выявленные при многорегионном секвенировании

ПРЕДПОСЫЛКИ: Внутриопухолевая гетерогенность может способствовать эволюции и адаптации опухоли и препятствовать стратегиям персонализированной медицины, основанным на результатах исследования единственного образца опухолевой биопсии. МЕТОДЫ: Для изучения внутриопухолевой гетерогенности мы выполнили секвенирование экзома, анализ хромосомных аберраций и профилирование плоидности для нескольких пространственно раздельных образцов, полученных из первичных почечных карцином и соответствующих метастатических очагов. Последствия внутриопухолевой гетерогенности оценивали с помощью иммуногистохимического анализа, функционального анализа мутаций и профилирования экспрессии матричной РНК. РЕЗУЛЬТАТЫ: Филогенетическая реконструкция выявила ветвящийся эволюционный рост опухоли: от 63 до 69% всех соматических мутаций не обнаруживались во всех регионах опухоли. Внутриопухолевая гетерогенность была выявлена для мутации в аутоингибирующем домене киназы-мишени рапамицина млекопитающих (mTOR); она коррелировала с фосфорилированием S6 и 4EBP in vivo и конститутивной активацией киназной активности mTOR in vitro. Мутационная внутриопухолевая гетерогенность наблюдалась для нескольких генов-супрессоров опухоли, функционально сходившихся к утрате функции; в генах SETD2, PTEN и KDM5C в пределах одной опухоли возникали множественные различные, пространственно раздельные инактивирующие мутации, что указывает на конвергентную фенотипическую эволюцию. Сигнатуры экспрессии генов, связанные с благоприятным и неблагоприятным прогнозом, обнаруживались в различных областях одной и той же опухоли. Анализ аллельного состава и профилирование плоидности выявили выраженную внутриопухолевую гетерогенность: 26 из 30 образцов опухолей, полученных от четырех опухолей, имели различающиеся профили аллельного дисбаланса, а гетерогенность плоидности наблюдалась в двух из четырех опухолей. ВЫВОДЫ: Внутриопухолевая гетерогенность может приводить к недооценке геномного ландшафта опухоли, реконструируемого по отдельным образцам опухолевой биопсии, и создавать серьезные препятствия для персонализированной медицины и разработки биомаркеров. Внутриопухолевая гетерогенность, связанная с неоднородностью функции белков, может способствовать адаптации опухоли и терапевтической неэффективности посредством Da...