미세 위성 불안정

Microsatellite instability
대장암의 경우 종양이 침투하는 림프구를 보여주는 마이크로그래프와 면역항암에 대한 MSI-H의 증거가 있다.H&E 얼룩.

마이크로위성 불안정성(MSI)은 손상된 DNA 불일치 수리(MMR)로 인해 발생하는 유전적 과잉진동성( 돌연변이에 대한 보정)의 상태를 말한다.MSI의 존재는 MMR이 정상적으로 작동하지 않는다는 표현형 증거를 나타낸다.null

MMR은 단일 염기 불일치 또는 짧은 삽입 및 삭제와 같이 DNA 복제 중에 자연적으로 발생하는 오류를 수정한다.MMR에 관여하는 단백질은 DNA의 일치하지 않는 부분에 결합하여 오류를 제거하고 그 자리에 정확한 순서를 삽입하는 콤플렉스를 형성하여 중합효소 오류를 교정한다.[1]MMR이 비정상적으로 작동하는 세포는 DNA 복제 중에 발생하는 오류를 수정할 수 없어 결과적으로 오류를 축적한다.이것은 새로운 미세 위성 파편들을 창조하는 원인이 된다.중합효소 연쇄 반응 기반 분석은 이러한 새로운 미세 위성들을 드러낼 수 있으며 MSI의 존재에 대한 증거를 제공할 수 있다.

마이크로 위성들은 DNA의 반복된 배열이다.이 시퀀스는 1 ~ 6개의 염기쌍의 반복 단위로 만들 수 있다.비록 이러한 미세 위성들의 길이는 사람마다 매우 가변적이며 개별 DNA "지문"에 기여하지만, 각 개인은 정해진 길이의 미세 위성들을 가지고 있다.인간에게 가장 흔한 미세 위성들은 뉴클레오티드 C와 A의 디뉴클레오티드 반복으로 게놈 전체에서 수만번 발생한다.마이크로 위성들은 또한 단순한 시퀀스 반복 (SSR)로도 알려져 있다.null

DNA Electropherogram 추적에서 미세 위성 불안정성의 예

구조

미세 위성 불안정 구조는 반복된 뉴클레오티드로 구성되며, 대부분 GT/CA 반복으로 보인다.[2]null

연구원들은 MSI 구조의 정확한 정의를 아직 확인하지 못했다.모든 연구자들이 마이크로위성들이 반복적인 순서라는 것에 동의하지만, 그 순서의 길이는 여전히 의문이다.일부 연구에서는 MSI가 게놈 전체에서 1-6개의 염기쌍의 짧은 탠덤 DNA 반복 시퀀스라고 제안하는 반면, 다른 연구에서는 그 범위가 2-5일 수도 있다고 제시한다.[3]null

비록 연구자들이 마이크로위성(microsatellite)을 구성하는 탠덤(tandem) 반복 횟수에 대한 특정 한계점에 동의하지는 않지만, 그들의 상대적 크기에 대해서는 의견이 일치한다.긴 염기서열을 미니사이트라고 하며, 더 긴 염기서열을 위성 DNA 사이트라고 부른다.어떤 과학자들은 최소 염기쌍 수로 세 범주를 구분하고, 다른 과학자들은 최소의 반복 단위를 사용한다.대부분의 반복은 특히 인트론(intron)을 중심으로 전파되지 않은 지역에서 발생한다.그러나 코딩 지역에서 발생하는 미세 위성들은 대부분의 다운스트림 사건의 확장을 억제하는 경우가 많다.마이크로 위성들은 인간 게놈의 약 3퍼센트, 즉 100만개 이상의 DNA 조각을 구성한다.미세 위성 밀도는 게놈 크기에 따라 증가하며 염색체 몸체에서보다 염색체 팔 끝에서 두 배나 더 많이 보인다.[4]null

형태 및 기능

MSI는 1970년대와 1980년대에 발견되었다.null

넓은 의미에서 MSI는 불일치 수리(MMR) 단백질이 DNA 복제 오류를 고칠 수 없기 때문에 발생한다.DNA 복제는 셀 주기의 "S" 단계에서 발생한다. MSI 영역을 생성하는 결함 이벤트는 두 번째 복제 이벤트 중에 발생한다.원래 가닥은 다치지 않았지만 DNA 중합효소가 미끄러져 프레임 이동 변이를 겪는다.구체적으로는 DNA 중합효소가 미끄러져 임시 삽입-삭제 루프가 생성되는데, 이는 보통 MMR 단백질에 의해 인식된다.그러나 MSI의 경우와 같이 MMR 단백질이 정상적으로 기능하지 않는 경우, 이 루프는 삽입이나 삭제를 통해 프레임 이동 변이를 일으켜 비기능 단백질을 발생시킨다.[5]null

MSI는 복제 오류의 길이가 시퀀스 대신 다르다는 점에서 DNA 다형성만의 특징이다.MSI를 생성하는 돌연변이의 속도와 방향은 유전적 차이를 결정하는 주요 요소들이다.현재까지 과학자들은 돌연변이 발생률이 위치의 차이가 있다는 것에 동의한다.MSI의 길이가 클수록 변이율은 커진다.[4]null

MSI의 대부분의 돌연변이는 프레임 이동 돌연변이의 결과지만, 때때로 MSI로 이어지는 돌연변이 사건은 hMLH1(MMR 단백질) 프로모터의 하이퍼메틸화에서 파생된다.하이퍼메틸화는 메틸 그룹이 DNA 뉴클레오티드에 추가될 때 발생하며, 그 결과 유전자 음소거가 발생하여 MSI가 발생한다.[6]

연구자들은 산화 손상이 프레임 이동 변이를 일으켜 MSI를 발생시킨다는 것을 보여주었지만, 아직 정확한 메커니즘에 대해서는 합의하지 못했다.시스템에 산화 스트레스를 더 많이 줄수록 돌연변이가 발생할 가능성이 높은 것으로 나타났다.또한 카탈라아제는 돌연변이를 감소시키는 반면 구리와 니켈은 과산화물 감소를 증가시킴으로써 돌연변이를 증가시킨다.일부 연구자들은 특정 위치에 대한 산화 스트레스로 인해 해당 부위에서 DNA 중합효소가 멈춤으로써 DNA가 미끄러질 수 있는 환경이 조성된다고 믿는다.[7]null

연구원들은 처음에 MSI가 무작위라고 믿었지만 MSI 목표물에 증가하는 유전자 목록이 포함되어 있다는 것을 암시하는 증거가 있다.변형성장인자 베타 수용체 유전자와 BAX 유전자를 예로 들 수 있다.각 표적은 다른 표현형과 병리학으로 이어진다.[8]null

임상적 유의성

미세 위성 불안정성은 대장암, 위암, 자궁내막암, 난소암, 간암, 요로암, 뇌암, 피부암과 관련이 있다.MSI는 대장암과 연관되어 가장 널리 퍼져있다.매년 전세계적으로 50만 명 이상의 대장암 환자가 발생하고 있다.MSI-High(MSI-H), MSI-Low(MSI-L) 또는 MSS(Microsatellite Stabil) 대장암에 대해 7,000명 이상의 환자에서 얻은 결과를 바탕으로 MSI-H 종양이 MSI-L 또는 MSS 종양에 비해 15% 더 높은 양성 예후를 보였다.[9]null

MSI를 동반한 대장종양은 오른쪽 결장에서 발견되는데, 이는 부실한 차별화 조직, 고점막균, 림프구에 침투하는 종양, 크론 같은 숙주반응의 유무와 관련이 있다.[10][11]대장암에 기여하는 MSI-H 종양은 다른 파생 대장암에 비해 전이율이 낮다.이는 MSI-H 종양이 3단계 암보다 2단계에서 더 대표적이라는 것을 보여준 이전의 연구에서 입증되었다.[3]null

과학자들은 vacuolar 단백질 분류(VPS) 단백질의 MSI와의 연관성을 탐구해왔다. MSI와 마찬가지로, VPS는 위암과 대장암과 연관되어 있다.한 연구는 VPS 단백질이 MSI-H 암과 연관되었지만 MSI-L 암은 연관되지 않아 VPS를 MSI-H 특정 암으로 제한한다고 보고한다.[12]null

MSI-H 상태는 린치 신드롬의 가능성을 높이지만 린치 신드롬이 없는 환자에서도 MSI-H가 발생할 수 있으며 린치 신드롬의 확인은 세균선 DNA 검사가 필요하다.린치 증후군은 MSI와 관련이 있으며 대장, 자궁내막, 난소, 위, 소장, 간경변, 요로, 뇌, 피부암에 걸릴 위험을 증가시킨다.[3]null

한 연구는 120명 이상의 린치 증후군 환자들에게 MSI와 관련된 크론 유사 반응(CLR)을 "MSI-H 발암 중에 생성된 특정 네오프펩타이드"로 돌렸다.본 연구는 더 나아가 "MSI-H CRC 환자의 항모전 면역 보호의 존재가 부가적인 5-FU 화학요법이 이 집단에서 유익하거나 심지어 역효과를 내지 않는다는 최근의 연구 결과를 설명할 수 있다"고 확증했다.연구진은 종양 전이를 막는 MSI-H CRC에 대한 림프구 보호 역할이 있다고 추정한다.[13]null

산발적인 대장암의 15%에 있는 MSI 종양은 MLH 1 유전자 촉진자의 하이퍼메틸화에 기인하는 반면 린치 증후군의 MSI 종양은 MLH 1, MSH 2, MSH 6, PMS2의 세균선 돌연변이에 의해 발생한다.[3]

MSI는 피지암의 원인에서 명백하다.피지암은 더 큰 병리학인 뮤어-토레 증후군의 일부분이다.MSI는 Muir-Torre 신드롬에서 가변적으로 나타나며, 대장암 환자들의 공통 병리학으로 가장 많이 표현된다.나아가 MMR 단백질 MLH 1, MSH 2, MSH6, PMS2는 피지암의 40%에서 눈꺼풀에 나타나는 피지암에 중요한 역할을 한다.[14]null

2017년 5월 FDA는 사전 치료 후 진행된 멸균불안정성(MSI-H) 또는 불일치보수결핍성(dMMR) 고형종양 환자에 대해 키트루다(펨브롤리주맙)(PD-1 억제제)라는 면역치료제를 승인했다.이 표시는 PD-L1 발현 평가, 조직 유형 및 종양 위치와 무관하다.[15]null

미세 위성 불안정 진단

MSI는 린치 증후군을 판별하고 암 치료의 예후를 판별하는 좋은 지표다.1996년 국립암연구소(NCI)가 린치 신드롬에 관한 국제 워크숍을 개최하여 MSI 검사를 위한 '베데스다 가이드라인'과 loci를 개발하였다.이 첫 번째 워크샵에서 NCI는 MSI 존재를 결정하는 데 필요한 5개의 미세 위성 표지에 합의했다: 2개의 모노뉴클레오티드, 2개의 BAT25와 BAT26, 3개의 디뉴클레오티드 반복, D2S123, D5S346 및 D17S250.MSI-H 종양은 MSI가 불안정한 MSI loci의 30% 이상(5 loci 중 >2 이상)에서 발생한다.MSI-L 종양은 불안정한 MSI 바이오마커의 30% 미만으로 발생한다.MSI-L 종양은 대체 식생물의 종양으로 분류된다.MSI-H 환자는 화학요법과 수술이 아닌 수술에만 가장 잘 반응해 불필요하게 화학요법을 경험하지 못한다는 연구결과도 여럿 있다.[3]null

실시간 PCR에 의한 미세위성 불안정 검출

그로부터 6년 후, 2002년 린치 증후군을 재방문하기 위한 제2차 NCI 주최 워크숍에서는 MSI 테스트의 새로운 기준을 권고하는 베데스다 가이드라인이 개정(2004년[16] 발표)되었다.구체적으로, 그들은 5개의 모뉴클레오티드 로키가 모노뉴클레오티드 로키와 디뉴클레오티드 로키의 혼합물보다 우월하다고 확인했다. 왜냐하면 디뉴클레오티드 로키가 실제로는 그렇지 않을 때 이동된 것처럼 보일 수 있기 때문에 거짓 양성 MSI-H 결과의 가능성이 증가하기 때문이다.null

첫 번째 상용 키트는 위스콘신 주 매디슨 소재 Promega Corporation이 제공한 것으로 마이크로위성 불안정 1.2 분석 시스템(RUO)이다.그 이후로 Promega MSI RUO는 2004년부터 널리 채택되어 왔으며, 암 조직의 MSI 상태를 결정하는 데 있어 글로벌 스탠더드라고 하는 120개 이상의 동료 검토 간행물이 있다.null

최근에는 실시간 PCR 기반 MSI 탐지 키트[1]가 시장에 성공적으로 소개되고 있다.기존의 PCR 증폭 방식과 비교한 PCR 증폭(PCR에 이은 단편 분석) 후 추가 분석 없이 실시간 PCR 기반 제품의 단발성 폐쇄관 형식, 높은 정확도 및 민감도가 중요한 장점으로 꼽혀 왔다.null

인공지능은 현미경 아래 종양의 출현으로 MSI를 예측하는 데도 이용됐다.[11]디지털 병리학은 머신러닝 기법에 제출할 수 있으며 MSI에 대한 예측은 분자 테스트 없이도 할 수 있다.[11]이러한 방법은 임상 치료에 통합하기에 충분한 결과를 아직 보여주지 않았다.null

직접 및 간접 메커니즘은 화학요법 내성에 기여한다.직접 메커니즘은 약물을 대사시키는 경로를 포함하고, 간접 메커니즘은 화학요법 치료에 반응하는 경로를 포함한다.NER DNA 수리 경로는 5-FU와 같은 화학 요법 물질에 의한 세포 손상을 반전시키는 데 상당한 역할을 한다.[17]

2010년 이후 발견

2017년 5월 FDA는 사전 치료 후 진행된 멸균불안정성(MSI-H) 또는 불일치보수결핍성(dMMR) 고형종양 환자에 대해 키트루다(펨브롤리주맙)(PD-1 억제제)라는 면역치료제를 승인했다.이 표시는 PD-L1 발현 평가, 조직 유형 및 종양 위치와 무관하다.[15]null

연구원들은 선택된 테트라뉴클레오티드 반복측정(EMAST)에서 상승된 미세위성 변경이라고 불리는 또 다른 MSI를 발견했다.그러나 EMAST는 MMR에서 파생되지 않는다는 점에서 독특하며, 일반적으로 TP53 돌연변이와 관련된다.[5]null

EMAST는 폐, 머리와 목, 대장, 피부, 요로, 생식기를 포함한 다양한 암에서 나타난다.외부 기관 사이트는 EMAST의 가능성이 더 높다.일부 연구원들은 EMAST가 돌연변이 유발의 결과일 수도 있다고 믿는다.그렇지 않으면 음성 암 여유도의 EMAST 양성 마진은 환자의 질병 재발 가능성을 시사한다.[18]null

참조

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  3. ^ a b c d e Buecher B, Cacheux W, Rouleau E, Dieumegard B, Mitry E, Lièvre A (June 2013). "Role of microsatellite instability in the management of colorectal cancers". Digestive and Liver Disease. 45 (6): 441–9. doi:10.1016/j.dld.2012.10.006. PMID 23195666.
  4. ^ a b Ellegren H (June 2004). "Microsatellites: simple sequences with complex evolution". Nature Reviews. Genetics. 5 (6): 435–45. doi:10.1038/nrg1348. PMID 15153996. S2CID 11975343.
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  11. ^ a b c Hildebrand, Lindsey A.; Pierce, Colin J.; Dennis, Michael; Paracha, Munizay; Maoz, Asaf (2021-01-21). "Artificial Intelligence for Histology-Based Detection of Microsatellite Instability and Prediction of Response to Immunotherapy in Colorectal Cancer". Cancers. 13 (3): 391. doi:10.3390/cancers13030391. ISSN 2072-6694. PMC 7864494. PMID 33494280.
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  18. ^ Merritt MA, Cramer DW, Missmer SA, Vitonis AF, Titus LJ, Terry KL (March 2014). "Dietary fat intake and risk of epithelial ovarian cancer by tumour histology". British Journal of Cancer. 110 (5): 1392–401. doi:10.1038/bjc.2014.16. PMC 3950866. PMID 24473401.

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