medgenМедицинская генетикаMedical Genetics2073-7998Publishing House «Genius Media» LLC10.25557/2073-7998.2021.11.12-17medgen-1994Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHНарушения моноаллельного метилирования ДНК при раке молочной железыAlterations of monoallelic DNA methylation in breast cancerТанасА. С.TanasA. S.noemail@neicon.ruКалинкинА. И.KalinkinA. I.noemail@neicon.ruНемцоваМ. В.NemtsovaM. V.noemail@neicon.ruКузнецоваЕ. Б.KuznetsovaE. B.noemail@neicon.ruКекееваТ. В.KekeevaT. V.noemail@neicon.ruВиноградовИ. Ю.VinogradovI. Y.noemail@neicon.ruВиноградовМ. И.VinogradovM. I.noemail@neicon.ruВиноградовИ. И.VinogradovI. I.noemail@neicon.ruЗалетаевД. В.ZaletaevD. V.noemail@neicon.ruСтрельниковВ. В.StrelnikovV. V.vstrel@list.ruФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова»РоссияResearch Centre for Medical GeneticsRussian FederationФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова»; ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский Университет)»РоссияResearch Centre for Medical Genetics; I. M. Sechenov First Moscow State Medical UniversityRussian FederationГБУ Рязанской области «Областной клинический онкологический диспансер»РоссияRyazan Regional Clinical Oncology DispensaryRussian FederationФГБОУ ВО «Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияRyazan State Medical UniversityRussian FederationГБУ Рязанской области «Областной клинический онкологический диспансер»; ФГБОУ ВО «Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияRyazan Regional Clinical Oncology Dispensary; Ryazan State Medical UniversityRussian Federation20212801202220111217Copyright © Танас А.С., Калинкин А.И., Немцова М.В., Кузнецова Е.Б., Кекеева Т.В., Виноградов И.Ю., Виноградов М.И., Виноградов И.И., Залетаев Д.В., Стрельников В.В., 20222022Танас А.С., Калинкин А.И., Немцова М.В., Кузнецова Е.Б., Кекеева Т.В., Виноградов И.Ю., Виноградов М.И., Виноградов И.И., Залетаев Д.В., Стрельников В.В.Tanas A.S., Kalinkin A.I., Nemtsova M.V., Kuznetsova E.B., Kekeeva T.V., Vinogradov I.Y., Vinogradov M.I., Vinogradov I.I., Zaletaev D.V., Strelnikov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.medgen-journal.ru/jour/article/view/1994

Цель. Изучение изменений в образцах злокачественных опухолей молочной железы статуса метилирования остатков цитозина в составе CpG-островков, моноаллельно метилированных в норме. Методы. Для определения CpG-динуклеотидов, моноаллельно метилированных в опухолевых и нормальных тканях молочной железы, использовали полученные авторами ранее результаты широкогеномного бисульфитного секвенирования Xmal-RRBS. Изменения моноаллельного метилирования в опухолях визуализировали с помощью гистограмм для различных метилотипов молочной железы. Результаты. В геномах умеренно метилированных опухолей нормально моноаллельно метилированные CpG-динуклеотиды имеют тенденцию к почти равновероятному изменению как в неметилированное, так и в полностью метилированное состояния. В геномах гиперметилированных опухолей нормально моноаллельно метилированные CpG-динуклеотиды чаще меняют своё состояние на полностью метилированное. Заключение. Наблюдаемый характер изменений позволяет предположить, что динамика диктуется в умеренно метилированных опухолях процессами, не определяющими её вектор, а в гиперметилированных - дополнительно - направленным процессом, повышающим уровень метилирования CpG-динуклеотидов. По аналогии с ранее опубликованными результатами исследования динамики изменений метилирования импринтированных локусов в опухолях человека, мы предполагаем, что процесс случайного определения вектора изменения характера метилирования опосредован нарушениями копийности участков моноаллельного метилирования ДНК. Причиной равновероятных разнонаправленных изменений моноаллельного метилирования может быть геномный дисбаланс, который может случайным образом приводить к делециям (или приобретенной однородительской дисомии) либо метилированного, либо неметилированного аллеля.

Aim: to evaluate changes in the methylation status of cytosine residues in CpG islands, monoallelically methylated in the norm, in samples of malignant breast tumors. Methods. To determine CpG dinucleotides monoallelically methylated in tumor and normal breast tissues, we used the results of Xmal-RRBS genome-wide bisulfite sequencing obtained earlier. Changes in monoallelic methylation in tumors were visualized using histograms for different breast methylotypes. Results. In the genomes of moderately methylated tumors, normally methylated CpG dinucleotides have a tendency to an almost equiprobable methylation change to both the unmethylated and fully methylated states. In the genomes of hypermethylated tumors, normally monoallelically methylated CpG dinucleotides more often change their state to fully methylated. Conclusions. The observed nature of the changes suggests that the dynamics is dictated in moderately methylated tumors by processes that do not determine their vector, and in hypermethylated tumors, additionally, by a directed process that increases the methylation level of CpG dinucleotides. By analogy with the previously published results of a study of the dynamics of changes in methylation of imprinted loci in human tumors, we assume that the process of random determination of the vector of methylation changes is mediated by copy number aberrations at the regions of monoallelic DNA methylation. The reason for the equally probable bidirectional changes in monoallelic methylation may be a genomic imbalance that can randomly lead to deletions (or acquired uniparental disomy) of either the methylated or unmethylated allele.

рак молочной железыширокогеномный анализ метилирования ДНКмоноаллельное метилирование ДНКBreast cancergenome wide analysis of DNA methylationmonoallelic DNA methylationReferencesGimelbrant A., Hutchinson J.N., Thompson B.R., Chess A. Widespread monoallelic expression on human autosomes. Science. 2007;318(5853):1136-1140.Gimelbrant A., Hutchinson J.N., Thompson B.R., Chess A. Widespread monoallelic expression on human autosomes. Science. 2007;318(5853):1136-1140.Fedoriw A., Mugford J., Magnuson T. Genomic imprinting and epigenetic control of development. Cold Spring Harbor perspectives in biology. 2012;4(7):a008136.Fedoriw A., Mugford J., Magnuson T. Genomic imprinting and epigenetic control of development. Cold Spring Harbor perspectives in biology. 2012;4(7):a008136.Steyaert S., Van Criekinge W., De Paepe et al. SNP-guided identification of monoallelic DNA-methylation events from enrichment-based sequencing data. Nucleic acids research. 2014;42(20):e157.Steyaert S., Van Criekinge W., De Paepe et al. SNP-guided identification of monoallelic DNA-methylation events from enrichment-based sequencing data. Nucleic acids research. 2014;42(20):e157.da Rocha S.T., Gendrel A.V. The influence of DNA methylation on monoallelic expression. Essays in biochemistry. 2019;63(6):663-676.da Rocha S.T., Gendrel A.V. The influence of DNA methylation on monoallelic expression. Essays in biochemistry. 2019;63(6):663-676.Milani L., Lundmark A., Nordlund J. et al. Allele-specific gene expression patterns in primary leukemic cells reveal regulation of gene expression by CpG site methylation Genome research. 2009;19(1):1-11.Milani L., Lundmark A., Nordlund J. et al. Allele-specific gene expression patterns in primary leukemic cells reveal regulation of gene expression by CpG site methylation Genome research. 2009;19(1):1-11.Fraenkel S., Mostoslavsky R., Novobrantseva et al. Allelic choice governs somatic hypermutation in vivo at the immunoglobulin κ-chain locus. Nature immunology. 2007;8(7):715-722.Fraenkel S., Mostoslavsky R., Novobrantseva et al. Allelic choice governs somatic hypermutation in vivo at the immunoglobulin κ-chain locus. Nature immunology. 2007;8(7):715-722.Lomvardas S., Barnea G., Pisapia D.J. et al. Interchromosomal interactions and olfactory receptor choice. Cell. 2006;126(2):403-413.Lomvardas S., Barnea G., Pisapia D.J. et al. Interchromosomal interactions and olfactory receptor choice. Cell. 2006;126(2):403-413.Serre D., Lee B.H., Ting A.H. MBD-isolated Genome Sequencing provides a high-throughput and comprehensive survey of DNA methylation in the human genome. Nucleic acids research. 2010;38(2):391-399.Serre D., Lee B.H., Ting A.H. MBD-isolated Genome Sequencing provides a high-throughput and comprehensive survey of DNA methylation in the human genome. Nucleic acids research. 2010;38(2):391-399.Harris R.A., Wang T., Coarfa С. et al. Comparison of sequencing-based methods to profile DNA methylation and identification of monoallelic epigenetic modifications. Nature biotechnology. 2010;28(10):1097-1105.Harris R.A., Wang T., Coarfa С. et al. Comparison of sequencing-based methods to profile DNA methylation and identification of monoallelic epigenetic modifications. Nature biotechnology. 2010;28(10):1097-1105.Mayo O. A century of Hardy-Weinberg equilibrium. Twin Research and Human Genetics. 2008;11(3):249-256.Mayo O. A century of Hardy-Weinberg equilibrium. Twin Research and Human Genetics. 2008;11(3):249-256.Tanas A.S., Sigin V.O., Kalinkin A.I. et al. Genome-wide methylotyping resolves breast cancer epigenetic heterogeneity and suggests novel therapeutic perspectives. Epigenomics. 2019;11(6):605-617.Tanas A.S., Sigin V.O., Kalinkin A.I. et al. Genome-wide methylotyping resolves breast cancer epigenetic heterogeneity and suggests novel therapeutic perspectives. Epigenomics. 2019;11(6):605-617.McCabe M.T., Brandes J.C., Vertino P.M. Cancer DNA methylation: molecular mechanisms and clinical implications. Clinical Cancer Research. 2009;15(12):3927-3937.McCabe M.T., Brandes J.C., Vertino P.M. Cancer DNA methylation: molecular mechanisms and clinical implications. Clinical Cancer Research. 2009;15(12):3927-3937.Scala G., Federico A., Palumbo D., Cocozza S., Greco D. DNA sequence context as a marker of CpG methylation instability in normal and cancer tissues. Scientific reports. 2020;10(1): 1-11.Scala G., Federico A., Palumbo D., Cocozza S., Greco D. DNA sequence context as a marker of CpG methylation instability in normal and cancer tissues. Scientific reports. 2020;10(1): 1-11.Martin-Trujillo A., Vidal E., Monteagudo-Sánchez A. et al. Copy number rather than epigenetic alterations are the major dictator of imprinted methylation in tumors. Nature communications. 2017;8(1):1-12.Martin-Trujillo A., Vidal E., Monteagudo-Sánchez A. et al. Copy number rather than epigenetic alterations are the major dictator of imprinted methylation in tumors. Nature communications. 2017;8(1):1-12.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.