Tumors of female reproductive systemTumors of female reproductive systemОпухоли женской репродуктивной системы1994-40981999-8627Publishing House ABV Press86010.17650/1994-4098-2021-17-3-24-36MAMMOLOGY. ORIGINAL REPORTSМАММОЛОГИЯ. ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИMolecular genetic predictors of metastatic lesions of regional lymph nodes in patients with breast cancerМолекулярно-генетические предикторы метастатического поражения регионарных лимфатических узлов у больных раком молочной железыhttps://orcid.org/0000-0003-0096-7126RodionovV. V.РодионовВ. В.
Russian Federation

4 Akademika Oparina St., Moscow 117997

117997 Москва, ул. Академика Опарина, 4

dr.valery.rodionov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2842-3980BurmenskayaO. V.БурменскаяО. В.
Russian Federation

4 Akademika Oparina St., Moscow 117997

117997 Москва, ул. Академика Опарина, 4

https://orcid.org/0000-0001-9666-6875KometovaV. V.КометоваВ. В.
Russian Federation

4 Akademika Oparina St., Moscow 117997

117997 Москва, ул. Академика Опарина, 4

https://orcid.org/0000-0002-1569-8486TrofimovD. Yu.ТрофимовД. Ю.
Russian Federation

4 Akademika Oparina St., Moscow 117997

117997 Москва, ул. Академика Опарина, 4

https://orcid.org/0000-0002-0658-1454RodionovaM. V.РодионоваМ. В.
Russian Federation

4 Akademika Oparina St., Moscow 117997

117997 Москва, ул. Академика Опарина, 4

https://orcid.org/0000-0001-6396-4948AshrafyanL. A.АшрафянЛ. А.
Russian Federation

4 Akademika Oparina St., Moscow 117997

117997 Москва, ул. Академика Опарина, 4

V.I. Kulakov Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of RussiaФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В.И. Кулакова» Минздрава России2910202117324362810202128102021https://ojrs.abvpress.ru/ojrs/article/view/860

Objective: to identify molecular genetic predictors of metastatic spread to regional lymph nodes in patients with breast cancer (BC) based on the analysis of gene expression profile of the primary tumor.

Materials and methods. The study included 358 patients with BC who underwent surgical treatment in breast cancer department of Academician V.I. Kulakov Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of Russia. Among all included into the study patients, 132 (36.9 %) had metastases in at least one axillary lymph node. Molecular genetic examination of the tumor tissue was carried out using reverse transcription polymerase chain reaction; the diagnostic panel consisted of 45 functional and 3 reference genes.

Results. Patients with metastases to regional lymph nodes were generally younger (p = 0.006), had larger primary tumor (p<0.001) and higher total malignancy score (p<0.001). The groups were also significantly different in tumor location (p = 0.005). Comparative analysis of transcriptome tumor profiling revealed statistically significant differences between groups in the level of expression of three genes: TMEM45A (p = 0.016), CCND1 (p = 0.019), and MIA (p = 0.046). Based on the data obtained we used mathematical modeling and created a predictive model, which with a high degree of probability (AUC = 0.791) allowed to predict the presence of regional lymph nodes metastases in patients with BC.

Conclusion. TMEM45A, CCND1 and MIA gene expression in the primary tumor were the markers of lymph node involvement in BC. The developed predictive genetic signature can become an additional diagnostic tool to predict the risk of lymph node metastases at the point of planning the volume of axillary surgery in patients with BC.

Цель исследования – выявить молекулярно-генетические предикторы метастатического поражения регионарных лимфатических узлов у больных раком молочной железы (РМЖ) на основании анализа профиля экспрессии генов первичной опухоли.

Материалы и методы. В исследование включено 358 больных РМЖ, которым было проведено хирургическое лечение в условиях отделения патологии молочной железы ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. акад. В. И. Кулакова» Минздрава России. Из общего числа пациенток, включенных в исследование, у 132 (36,9 %) были диагностированы метастазы как минимум в 1 подмышечный лимфатический узел. Молекулярно-генетическое исследование опухолевой ткани проводилось с применением методики полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией; диагностическая панель состояла из 45 функциональных и 3 референсных генов.

Результаты. Пациентки с метастазами в регионарные лимфатические узлы чаще характеризовались более молодым возрастом (р = 0,006), большими размерами опухолевого узла (p˂ 0,001) и более высоким суммарным баллом злокачественности (p˂ 0,001). Имелись также статистически значимые различия между группами по локализации опухоли (р = 0,005). Сравнительный анализ транскриптомного профиля опухолей выявил статистически значимые отличия между группами в уровне экспрессии 3 генов: TMEM45A (p = 0,016), CCND1 (p = 0,019) и MIA (p = 0,046). С использованием математического моделирования на основании полученных данных была создана предиктивная модель, которая с высокой степенью вероятности (AUC = 0,791) позволяет предсказывать метастатическое поражение регионарных лимфатических узлов у больных РМЖ.

Выводы. Экспрессия генов TMEM45A, CCND1 и MIA в первичной опухоли является маркером лимфогенного метастазирования у больных РМЖ. Разработанная предиктивная генетическая сигнатура может стать дополнительным диагностическим инструментом для прогнозирования риска метастатического поражения лимфатических узлов при планировании объема аксиллярной лимфодиссекции у пациенток с РМЖ.

breast cancerregional lymph node metastasesmolecular genetic prognostic factorsgene expression profilepredictive modelрак молочной железыметастазы в регионарные лимфатические узлымолекулярно-генетические факторы прогнозапрофиль экспрессии геновпредиктивная модельMalignant tumors in Russia in 2019. Ed. by A.D. Kaprin, V.V. Starinskiy, A.O. Shachzadova. Moscow: P.A. Herzen Moscow Oncology Research Institute – a branch of the National Medical Research Center of Radiology, Ministry of Health of Russia, 2020. 252 p. (In Russ.).Злокачественные заболевания в России в 2019 году (заболеваемость и смертность). Под ред. А.Д. Каприна, В.В. Старинского, А.О. Шахзадовой. М.: МНИОИ им. П.А.Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 2020. 252 с.Petrek J.A., Senie R.T., Peters M., Rosen P.P. Lymphedema in a cohort of breast carcinoma survivors 20 years after diagnosis. Cancer 2001;92(6):1368–77. DOI: 10.1002/1097–0142(20010915))92: 63E3.0.CO; 2–9.Petrek J.A., Senie R.T., Peters M., Rosen P.P. Lymphedema in a cohort of breast carcinoma survivors 20 years after diagnosis. Cancer 2001;92(6):1368–77. DOI: 10.1002/1097-0142(20010915))92: 63E3.0.CO; 2–9.Silberman A.W., McVay C., Cohen J.S. et al. Comparative morbidity of axillary lymph node dissection and the sentinel lymph node technique: Implications for patients with breast cancer. Ann Surg 2004;240(1):1–6. DOI: 10.1097/01.sla.0000129358. 80798.62.Qiu S.Q., Zeng H.C., Zhang F. et al. A nomogram to predict the probability of axillary lymph node metastasis in early breast cancer patients with positive axillary ultrasound. Sci Rep 2016;15(6):21196. DOI: 10.1038/srep21196.Fisher B., Jeong J.H., Anderson S. et al. Twenty-five-year follow-up of a randomized trial comparing radical mastectomy, total mastectomy, and total mastectomy followed by irradiation. N Engl Med 2002;347(8):567–75. DOI: 10.1056/NEJMoa020128.Orr R.K. The impact of prophylactic axillary node dissection on breast cancer survival: a Bayesian meta-analysis. Ann Surg Oncol 1999;6109:116–27. DOI: 10.1007/s10434-999-0109-1.Giuliano A.E., Hunt K.K., Ballman K.V. et al. Axillary dissection vs no axillary dissection in women with invasive breast cancer and sentinel node metastasis. JAMA 2011;305(6):569–75. DOI: 10.1001/jama.2011.90.Shah-Khan M., Boughey J.C. Evolution of axillary nodal staging in breast cancer: clinical implications of the ACOSOG Z0011 trial. Cancer Control 2012;19:267–76. DOI: 10.1177/107327481201900403.Sparano J.A., Gray R.J., Makower D.F. et al. Prospective validation of a 21-gene expression assay in breast cancer. N Engl J Med 2015;373(21):2005–14. DOI: 10.1056/NEJMoa1510764.Sparano J.A., Gray R.J., Makower D.F. et al. Adjuvant chemotherapy guided by a 21-gene expression assay in breast cancer. N Engl J Med 2018;379(2):111–21. DOI: 10.1056/NEJMoa1804710.Nielsen T.O., Parker J.S., Leung S. et al. A comparison of PAM50 intrinsic subtyping with immunohistochemistry and clinical prognostic factors in tamoxifentreated estrogen receptor-positive breast cancer. Clin Cancer Res 2010;16(21):5222–32. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-10-1282.Bastien R.R., Rodriguez-Lescure A., Ebbert M.T. et al. PAM50 breast cancer subtyping by RT-qPCR and concordance with standard clinical molecular markers. BMC Med Genomics 2012;4(5):44. DOI: 10.1186/1755-8794-5-44.Tian S., Roepman P., Van’t Veer L.J. et al. Biological functions of the genes in the Mamma Print breast cancer profile reflect the hallmarks of cancer. Biomark Insights 2010;28(5):129–38. DOI: 10.4137/BMI.S6184.Cardoso F., van’t Veer L.J., Bogaerts J. et al. 70-Gene signature as an aid to treatment decisions in early-stage breast cancer. N Engl J Med 2016;375(8):717–29. DOI: 10.1056/NEJMoa1602253.Burmenskaya O.V., Trofimov D.Y., Kometova V.V. et al. Development and experience of using the transcriptional signature of genes in the diagnosis of molecular subtypes of breast cancer. Аkusherstvo i ginekologiya = Obstetrics & Gynecology 2020;(2):132–40. (In Russ.). DOI: 10.18565/aig.2020.2.132-140.Бурменская О.В., Трофимов Д.Ю., Кометова В.В. и др. Разработка и опыт использования транскрипционной сигнатуры генов в диагностике молекулярных подтипов рака молочной железы. Акушерство и гинекология 2020;(2):132–40. DOI: 10.18565/aig.2020.2.132-140.Voogd A.C., Coebergh J.W., Repelaer van Driel O.J. et al. The risk of nodal metastases in breast cancer patients with clinically negative lymph nodes: a population-based analysis. Breast Cancer Res Treat 2000;62:63–9. DOI: 10.1023/a:1006447825160.Viale G., Zurrida S., Mariorano E.G. et al. Predicting the status of axillary sentinel lymph nodes in 4351 patients with invasive breast carcinoma treated in a single institution. Cancer 2005;103:492–500. DOI: 10.1002/cncr.20809.Dergunova Y.A., Rodionov V.V., Kometova V.V. Clinical, morphological and molecular biological predictors of metastatic lesions of regional lymph nodes in patients with breast cancer. Zlokachestvennyye opukholi = Malignant tumors 2019;(3):12–9. (In Russ.). DOI: 10.18027/2224-5057-2019-9-3-12-19.Дергунова Ю.А., Родионов В.В., Кометова В.В. Клинико-морфологические и молекулярно-биологические предикторы метастатического поражения регионарных лимфатических узлов у больных раком молочной железы. Злокачественные опухоли 2019;(3):12–9. DOI: 10.18027/2224-5057-2019-9-3-12-19.Hsieh T.C. and Wu J.M. Differential control of growth, cell cycle progression, and gene expression in human estrogen receptor positive MCF-7 breast cancer cells by extracts derived from polysaccharopeptide I’m-Yunity and Danshen and their combination. Int J Oncol 2006;29:1215–22.De Backer O., Arnould T., Poumay Y. and Michiels C. TMEM45A is essential for hypoxia-induced chemoresistance in breast and liver cancer cells. BMC Cancer 2012;12:391. DOI: 10.1186/1471-2407-12-391.Zhuo W., Zhang L., Wang Y. et al. Cyclin D1 G870A polymorphism is a risk factor for esophageal cancer among Asians. Cancer Invest 2012;30(9):630–6. DOI: 10.3109/07357907.2012.726385.Mylona E., Tzelepis K., Theohari I. et al. Cyclin D1 in invasive breast carcinoma: favourable prognostic significance in unselected patients and within subgroups with an aggressive phenotype. Histopathology 2013(62):472–80. DOI: 10.1111/his.12013.Li Z., Cui J., Yu Q. et al. Evaluation of CCND1 amplification and Cyclin D1 expression: diffuse and strong staining of Cyclin D1 could have same predictive roles as CCND1 amplification in ER positive breast cancers. Am. J Transl Res 2016;(8):142–53.Ahlin C., Lundgren C., Embretse’n-Varro E. et al. High expression of cyclin D1 is associated to high proliferation rate and increased risk of mortality in women with ER-positive but not ER-negative breast cancers. Breast Cancer Res Treat 2017;164:667–78. DOI: 10.1007/s10549-017-4294-5.Sasahira T., Kirita T., Kurihara M. et al. MIA-dependent angiogenesis and lymphangiogenesis are closely associated with progression, nodal metastasis and poor prognosis in tongue squamous cell carcinoma. Eur J Cancer;2010(46):2285–94. DOI: 10.1016/j.ejca.2010.04.027.Sasahira T., Kirita T., Nishiguchi Y. et al. A comprehensive expression analysis of the MIA gene family in malignancies: MIA gene family members are novel, useful markers of esophageal, lung, and cervical squamous cell carcinoma. Oncotarget 2016;24(7):31137–52. DOI: 10.18632/oncotarget.9082.Gu Q.H., Li D., Xie Z.H., Shen Q.B. The clinical significance of MIA gene in tumorigenesis of lung cancer. Neoplasma 2020;67(3):660–7. DOI: 10.4149/neo_2020_190511N422.Bevilacqua J.L., Kattan M.W., Fey J.V. et al. Doctor, what are my chances of having a positive sentinel node? A validated nomogram for risk estimation. J Clin Oncol 2007;25(24):3670–9. DOI: 10.1200/JCO.2006.08.8013.Klar M., Foeldi M., Markert S. et al. Good prediction of the likelihood for sentinel lymph node metastasis by using the MSKCC nomogram in a German breast cancer. Ann Surg Oncol 2009;16:1136–42. DOI: 10.1245/s10434-009-0399-3.Qiu P., Liu J., Wang Y. et al. Risk factors for sentinel lymph node metastasis and validation study of the MSKCC nomogram in breast cancer patients. Jpn J Clin Oncol 2012;42(11):1002–7. DOI: 10.1093/jjco/hys150.Rodionov V.V., Panchenko S.V., Idrisova S.R. et al. Nomogram for predicting the regional lymph nodes metastases in breast cancer patients. Voprosy onkologii = Problems in Oncology 2015;61(3):435–8. (In Russ.).Родионов В.В., Панченко С.В., Идрисова С.Р. и др. Номограмма для прогнозирования вероятности метастатического поражения регионарных лимфатических узлов у больных раком молочной железы. Вопросы онкологии 2015;61(3):435–8.Rodionov V.V., Kometova V.V., Idrisova S.R. et al. Native nomogram for assessing the risk of regional lymph nodes metastases in breast cancer patients Аkusherstvo i ginekologiya = Obstetrics & Gynecology 2020;(2):76–81. (In Russ.). DOI: 10.18565/aig.2020.2.76-81.Родионов В.В., Кометова В.В., Идрисова С.Р. и др. Отечественная номограмма для оценки риска метастатического поражения регионарных лимфатических узлов у больных раком молочной железы. Акушерство и гинекология 2020;(2):76–81. DOI: 10.18565/aig.2020.2.76-81.