chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2024-19-3-232-239HRONBLchemicallytech-2087Research ArticleBIOCHEMISTRY AND BIOTECHNOLOGYБИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯMethylation of a group of microRNA genes as a marker for the diagnosis and prognosis of non-small cell lung cancerМетилирование группы генов микроРНК как маркер диагностики и прогноза немелкоклеточного рака легкогоhttps://orcid.org/0000-0003-2668-8096ЛогиновВ. И.LoginovV. I.

Логинов Виталий Игоревич, к.б.н., ведущий  научный сотрудник лаборатории патогеномики и  транскриптомики

125315, Балтийская ул., д. 8;

старший научный сотрудник лаборатории  молекулярной генетики сложно наследуемых  заболеваний

115522, Москва, ул. Москворечье, д. 1

Scopus Author ID 7102884943

Vitaly I. Loginov, Cand. Sci. (Biol.), Leading Researcher,  Pathogenomics and Transcriptomics Laboratory

8, ul. Baltiiskaya, Moscow, 125315;

Senior Researcher, Laboratory of Molecular Genetics of Complex Inherited Diseases

1, Moskvorechye ul., Moscow, 115552

Scopus Author ID 7102884943

loginov7w@gmail.comГубенкоМ. С.GubenkoM. S.

Губенко Марина Сергеевна, младший научный  сотрудник лаборатории патогеномики и  транскриптомики

125315, Балтийская ул., д. 8

Marina S. Gubenko, Junior Researcher, Pathogenomics  and Transcriptomics Laboratory

8, ul. Baltiiskaya, Moscow, 125315

artz_marina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9398-8075БурденныйА. М.BurdennyyA. M.

Бурдённый Алексей Михайлович, к.б.н., ведущий  научный сотрудник лаборатории патогеномики и  транскриптомики

125315, Балтийская ул., д. 8;

младший научный сотрудник лаборатории  химической физики биоаналитических процессов

119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4

Scopus Author ID 56049452900

Alexey M. Burdennyy, Cand. Sci. (Biol.), Leading  Researcher, Pathogenomics and Transcriptomics  Laboratory

8, ul. Baltiiskaya, Moscow, 125315;

Junior Researcher, Laboratory of Chemical Physics ofBioanalytical Processes

4, Kosygina ul., Moscow, 119334

Scopus Author ID 56049452900

burdennyy@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0423-7801ПронинаИ. В.ProninaI. V.

Пронина Ирина Валерьевна, к.б.н., главный  специалист отдела допингового контроля

105005, Москва, Елизаветинский переулок, д. 10, стр. 1;

старший научный сотрудник лаборатории патогеномики и транскриптомики

125315, Балтийская ул., д. 8

Scopus Author ID 8161867200

ResearcherID G-3951-2014

ResearcherID ABD-8018-2021

Irina V. Pronina, Cand. Sci. (Biol.), Main Specialist,  Doping Control Department

10-1, Elizavetinskii per., Moscow, 105005;

Senior Researcher, Pathogenomics and Transcriptomics  Laboratory

8, ul. Baltiiskaya, Moscow, 125315

Scopus Author ID 8161867200

ResearcherID G-3951-2014

ResearcherID ABD-8018-2021

zolly_sten@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3424-0582ПостниковП. В.PostnikovP. V.

Постников Павел Викторович, к.х.н., начальник  отдела допингового контроля

105005, Москва, Елизаветинский переулок, д. 10, стр. 1

Scopus Author ID 57021610900

Pavel V. Postnikov, Cand. Sci. (Chem.), Head of the  Doping Control Department

10-1, Elizavetinskii per., Moscow, 105005

Scopus Author ID 57021610900

postnikov@dopingtest.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3582-0012ЕфимоваЮ. А.EfimovaYu. A.

Ефимова Юлия Александровна, к.х.н., доцент  кафедры аналитической химии им. И.П. Алимарина

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Scopus Author ID 25228417800

Yuliya A. Efimova, Cand. Sci. (Chem.), Assistant  Professor, I.P. Alimarin Department of Analitical  Chemistry

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

Scopus Author ID 25228417800

efimova_yulia@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0938-9609РадусФ. В.RadusF. V.

Радус Федор Валерьевич, ассистент кафедры  аналитической химии им. И.П. Алимарина

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Scopus Author ID 57890564100

Fedor V. Radus, Assistant, I.P. Alimarin Department of Analitical Chemistry

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

ScopusAuthor ID 57890564100

radus20@mail.ruМочаловаЕ. С.MochalovaE. S.

Мочалова Елена Сергеевна, исполняющий  обязанности директора

105005, Москва, Елизаветинский переулок, д. 10, стр. 1

Elena S. Mochalova, Acting Director

10-1, Elizavetinskii per., Moscow, 105005

mochalova@dopingtest.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5856-0017КазубскаяТ. П.KazubskayaT. P.

Казубская Татьяна Павловна, д.м.н., врач- онкогенетик, старший научный сотрудник  лаборатории клинической онкогенетики

115478, Москва, Каширское шоссе, д. 23). E-mail: . Scopus Author ID 6602563950

ResearcherID F-9084-2019

Tatiana P. Kazubskaya, Dr. Sci. (Med.), Senior Scientist  of Laboratory of Clinical Oncogenetics

23, Kashirskoe sh., Moscow, 115478

Scopus Author ID 6602563950

ResearcherID F-9084-2019

oncogen5@ronc.ruНаучно-­исследовательский институт общей патологии и патофизиологии; Медико-­генетический научный центр им. академика Н.П. БочковаРоссияInstitute of General Pathology and Pathophysiology; Research Center for Medical GeneticsRussian FederationНаучно-­исследовательский институт общей патологии и патофизиологииРоссияInstitute of General Pathology and PathophysiologyRussian FederationНаучно-­исследовательский институт общей патологии и патофизиологии; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля, Российская академия наукРоссияInstitute of General Pathology and Pathophysiology; Emanuel Institute for Biochemical Physics, Russian Academy of SciencesRussian FederationНаучно-­исследовательский институт общей патологии и патофизиологии; Национальная антидопинговая лаборатория (Институт), Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (НАДЛ МГУ)РоссияInstitute of General Pathology and Pathophysiology; National Anti­Doping Laboratory (Institute), M.V. Lomonosov Moscow State University (NADL MSU)Russian FederationНациональная антидопинговая лаборатория (Институт), Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (НАДЛ МГУ)РоссияNational Anti­Doping Laboratory (Institute), M.V. Lomonosov Moscow State University (NADL MSU)Russian FederationМИРЭА — Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова)РоссияMIREA — Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies)Russian FederationНациональный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина, Министерство здравоохранения Российской ФедерацииРоссияBlokhin National Medical Research Center of OncologyRussian Federation202406072024193232239Copyright © Loginov V.I., Gubenko M.S., Burdennyy A.M., Pronina I.V., Postnikov P.V., Efimova Y.A., Radus F.V., Mochalova E.S., Kazubskaya T.P., 20242024Логинов В.И., Губенко М.С., Бурденный А.М., Пронина И.В., Постников П.В., Ефимова Ю.А., Радус Ф.В., Мочалова Е.С., Казубская Т.П.Loginov V.I., Gubenko M.S., Burdennyy A.M., Pronina I.V., Postnikov P.V., Efimova Y.A., Radus F.V., Mochalova E.S., Kazubskaya T.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/2087

Objectives. Lung cancer, representing a difficult-to-diagnose heterogeneous malignant neoplasm, is characterized by an asymptomatic course up to late stages, a high incidence of adverse outcomes, and a high probability of metastasis. Its most common form is non-small cell lung cancer (NSCLC). Recent studies have demonstrated a significant role of non-coding RNAs—in particular, microRNAs—in the development of NSCLC. MicroRNAs, which function as post-transcriptional regulators of the expression of protein-coding genes, including those associated with oncogenesis, are involved in the processes of cell proliferation, differentiation, and apoptosis. One of the approaches for regulating the expression of microRNAs themselves is to change the methylation of the CpG island adjacent to the microRNA gene or overlapping it. It has been shown that microRNA genes are several times more likely to undergo methylation than protein-coding genes. The aim of the present work is to study changes in the level of methylation of a number of microRNA genes and compile a potential panel of markers for the diagnosis and prognosis of NSCLC.Methods. Samples of NSCLC tumors were collected and clinically characterized at the Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow, Russia. High-molecular-weight DNA was isolated from tissues using a standard method. The level of methylation was analyzed using bisulfite conversion of DNA and quantitative methyl-specific polymerase chain reaction with real-time detection. The significance of differences between the studied groups was assessed by the nonparametric Mann–Whitney U test for independent samples. Differences were considered significant at p < 0.05.Results. The analysis of methylation levels of microRNA genes revealed a significant (p < 0.05) increase in the methylation level of eight microRNA genes: MIR124-1/2/3, MIR125В-1, MIR129-2, MIR137, MIR375, MIR1258, and MIR339 (p < 0.01, false discovery rate ≤ 0.25). On the basis of receiver operating characteristic analysis, a panel of markers is proposed for the diagnosis of NSCLC according to the nature of methylation of the studied microRNA genes in the tumor and in the normal tissue.Conclusions. Our results, which contribute to the understanding of molecular mechanisms involved in NSCLC development, can be used in the development of new diagnostic and prognostic approaches in clinical oncology.

Цели. Рак легкого представляет собой гетерогенное злокачественное новообразование с низким диагностическим потенциалом, характеризующееся бессимптомным течением вплоть до поздних стадий, высокой частотой неблагоприятных исходов и высокой вероятностью метастазирования. Его самой распространенной формой является немелкоклеточный рак легкого (НМРЛ). Последние исследования показывают значительную роль некодирующих РНК, в частности, микроРНК, в развитии НМРЛ. МикроРНК выполняют функцию пост-транскрипционных регуляторов экспрессии белок-кодирующих генов, в том числе, связанных с онкогенезом, и вовлечены в процессы пролиферации, дифференцировки и апоптоза клеток. Одним из путей регуляции экспрессии самих микроРНК является изменение метилирования CpG-островка, прилежащего к гену микроРНК или перекрывающего его. Показано, что гены микроРНК в несколько раз чаще подвергаются метилированию, чем белок-кодирующие гены. Целью настоящего исследования являлось изучение изменения уровня метилирования ряда генов микроРНК и составление потенциальной панели маркеров для диагностики и прогноза НМРЛ.Методы. Образцы опухолей НМРЛ собраны и клинически охарактеризованы в НИИ клинической онкологии Национального медицинского исследовательского центра онкологии им. Н.Н. Блохина. Высокомолекулярную ДНК выделяли из ткани стандартным методом. Анализ уровня метилирования проводили с применением бисульфитной конверсии ДНК и количественной метилспецифичной полимеразной цепной реакцией с детекцией в реальном времени. Для оценки значимости различий между исследуемыми группами применяли непараметрический критерий Манна–Уитни для независимых выборок. Различия считали достоверными при p < 0.05.Результаты. В результате анализа уровней метилирования генов микроРНК нами было показано значимое (p < 0.05) увеличение уровня метилирования восьми генов микроРНК: MIR124-1/2/3, MIR125В-1, MIR129-2, MIR137, MIR375, MIR1258, MIR339 (p < 0.01, FDR ≤ 0.25). Был проведен ROC-анализ, позволивший предложить панель маркеров для диагностики НМРЛ по характеру метилирования исследованных генов микроРНК в опухоли и норме.Выводы. Полученные нами результаты способствуют пониманию молекулярных механизмов развития НМРЛ и могут быть использованы при разработке новых диагностических и прогностических подходов в клинической онкологии.

микроРНКметилированиепанель маркеровнемелкоклеточный рак легкогоmicroRNAmethylationpanel of markersnon-small cell lung cancerРабота выполнена при поддержке Программы научных исследований 2023–2025 № FGFU-2023-0001.The work was supported by the Scientific Research Program for 2023–2025 No. FGFU-2023-0001.ReferencesAraghi M., Mannani R., Heidarnejad Maleki A., Hamidi A., Rostami S., Safa S.H., Faramarzi F., Khorasani S., Alimohammadi M., Tahmasebi S., Akhavan-Sigari R. Recent advances in non-small cell lung cancer targeted therapy; an update review. Cancer Cell Int. 2023;23(1):162. https://doi.org/10.1186/s12935-023-02990-yAraghi M., Mannani R., Heidarnejad Maleki A., Hamidi A., Rostami S., Safa S.H., Faramarzi F., Khorasani S., Alimohammadi M., Tahmasebi S., Akhavan-Sigari R. Recent advances in non-small cell lung cancer targeted therapy; an update review. Cancer Cell Int. 2023;23(1):162. https://doi.org/10.1186/s12935-023-02990-ySarhadi V.K., Armengol G. Molecular Biomarkers in Cancer. Biomolecules. 2022;12(8):1021. https://doi.org/10.3390/biom12081021Sarhadi V.K., Armengol G. Molecular Biomarkers in Cancer. Biomolecules. 2022;12(8):1021. https://doi.org/10.3390/biom12081021Li Y. Modern epigenetics methods in biological research. Methods. 2021;187:104–113. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2020.06.022Li Y. Modern epigenetics methods in biological research. Methods. 2021;187:104–113. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2020.06.022Eshkoor S.A., Ghodsian N., Akhtari-Zavare M. MicroRNAs influence and longevity. Egypt. J. Med. Hum. Genet. 2022;23(1):105. https://doi.org/10.1186/s43042-022-00316-7Eshkoor S.A., Ghodsian N., Akhtari-Zavare M. MicroRNAs influence and longevity. Egypt. J. Med. Hum. Genet. 2022;23(1):105. https://doi.org/10.1186/s43042-022-00316-7Логинов В.И., Рыков С.В., Фридман М.В., Брага Э.А. Метилирование генов микроРНК и онкогенез. Биохимия. 2015;80(2):184–203. https://doi.org/10.1134/S0006297915020029Loginov V.I., Rykov S.V., Fridman M.V., et al. Methylation of miRNA genes and oncogenesis. Biochemistry (Moscow). 2015;80(2):145–162. https://doi.org/10.1134/S0006297915020029 ] [Original Russian Text: Loginov V.I., Rykov S.V., Fridman M.V., Braga E.A. Methylation of miRNA genes and oncogenesis. Biokhimiya. 2015;80(2):184–203 (in Russ.).]Liao J., Shen J., Leng Q., Qin M., Zhan M., Jiang F. MicroRNA-based biomarkers for diagnosis of non-small cell lung cancer (NSCLC). Thorac. Cancer. 2020;11(3):762–768. https://doi.org/10.1111/1759-7714.13337Liao J., Shen J., Leng Q., Qin M., Zhan M., Jiang F. MicroRNA-based biomarkers for diagnosis of non-small cell lung cancer (NSCLC). Thorac. Cancer. 2020;11(3):762–768. https://doi.org/10.1111/1759-7714.13337Brierley J.D., Gospodarowicz M.K., Wittekind C. (Eds.). TNM Classification of Malignant Tumours. 8th ed. John Wiley & Sons; 2017. 272 p.Brierley J.D., Gospodarowicz M.K., Wittekind C. (Eds.). TNM Classification of Malignant Tumours. 8th ed. John Wiley & Sons; 2017. 272 p.World Medical Association. World Medical Association Declaration of Helsinki: ethical principles for medical research involving human subjects. JAMA. 2013;310(20):2191–2194. https://doi.org/10.1001/jama.2013.281053World Medical Association. World Medical Association Declaration of Helsinki: ethical principles for medical research involving human subjects. JAMA. 2013;310(20):2191–2194. https://doi.org/10.1001/jama.2013.281053 https://doi.org/10.1007/s10517-021-05333-xЛогинов В.И., Бурдённый А.М., Филиппова Е.А., Пронина И.В., Лукина С.С., Казубская Т.П., Карпухин А.В., Ходырев Д.С., Брага Э.А. Аберрантное метилирование 21 гена микроРНК при раке молочной железы: наборы генов, связанных с показателями прогрессии, и система маркеров для прогноза лимфогенного метастазирования. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2021;172(7):81–86. https://doi.org/10.47056/0365-9615-2021-172-7-81-86Loginov V.I., Burdennyy A.M., Filippova E.A., et al. Aberrant Methylation of 21 MicroRNA Genes in Breast Cancer: Sets of Genes Associated with Progression and a System of Markers for Predicting Metastasis. Bull. Exp. Biol. Med. 2021;172(1):67–71. https://doi.org/10.1007/s10517-021-05333-x ] [Original Russian Text: Loginov V.I., Burdennyy A.M., Filippova E.A., Pronina I.V., Lukina S.S., Kazubskaya T.P., Karpukhin A.V., Khodyrev D.S., Braga E.A. Aberrant Methylation of 21 MicroRNA Genes in Breast Cancer: Sets of Genes Associated with Progression and a System of Markers for Predicting Metastasis. Byulleten’ Eksperimental’noi Biologii i Meditsiny. 2021;172(7):81–86 (in Russ.). https://doi.org/10.47056/0365-9615-2021-172-7-81-86 ]Loginov V.I., Pronina I.V., Burdennyy A.M., Filippova E.A., Kazubskaya T.P., Kushlinsky D.N., Utkin D.O., Khodyrev D.S., Kushlinskii N.E., Dmitriev A.A., Braga E.A. Novel miRNA genes deregulated by aberrant methylation in ovarian carcinoma are involved in metastasis. Gene. 2018;662:28–36. https://doi.org/10.1016/j.gene.2018.04.005Loginov V.I., Pronina I.V., Burdennyy A.M., Filippova E.A., Kazubskaya T.P., Kushlinsky D.N., Utkin D.O., Khodyrev D.S., Kushlinskii N.E., Dmitriev A.A., Braga E.A. Novel miRNA genes deregulated by aberrant methylation in ovarian carcinoma are involved in metastasis. Gene. 2018;662:28–36. https://doi.org/10.1016/j.gene.2018.04.005Клочихина Е.С., Шершов В.Е., Кузнецова В.Е., Лапа С.А., Чудинов А.В. Особенности оптимизации мультипраймерной ПЦР для выявления возбудителей инфекционной пневмонии человека. Тонкие химические технологии. 2021;16(3): 225–231. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-3-225-231Klochikhina E.S., Shershov V.E., Kuznetsova V.E., Lapa S.A., Chudinov A.V. Specificities of multiprimer polymerase chain reaction optimization for the detection of infectious pneumonia agents in human. Tonk. Khim. Tekhnol. = Fine Chem. Technol. 2021;16(3):225–231 (Russ., Eng.). https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-3-225-231 ]Pronina I.V., Loginov V.I., Burdennyy A.M., Fridman M.V., Senchenko V.N., Kazubskaya T.P., Kushlinskii N.E., Dmitriev A.A., Braga E.A. DNA methylation contributes to deregulation of 12 cancer-associated microRNAs and breast cancer progression. Gene. 2017;604:1–8. https://doi.org/10.1016/j.gene.2016.12.018Pronina I.V., Loginov V.I., Burdennyy A.M., Fridman M.V., Senchenko V.N., Kazubskaya T.P., Kushlinskii N.E., Dmitriev A.A., Braga E.A. DNA methylation contributes to deregulation of 12 cancer-associated microRNAs and breast cancer progression. Gene. 2017;604:1–8. https://doi.org/10.1016/j.gene.2016.12.018Shanehbandi D., Asadi M., Seyedrezazadeh E., Zafari V., Shekari N., Akbari M., Rahbarnia L., Zarredar H. MicroRNABased Biomarkers in Lung Cancer: Recent Advances and Potential Applications. Curr. Mol. Med. 2023;23(7):648–667. https://doi.org/10.2174/2772432817666220520085719Shanehbandi D., Asadi M., Seyedrezazadeh E., Zafari V., Shekari N., Akbari M., Rahbarnia L., Zarredar H. MicroRNABased Biomarkers in Lung Cancer: Recent Advances and Potential Applications. Curr. Mol. Med. 2023;23(7):648–667. https://doi.org/10.2174/2772432817666220520085719Xu L., Huang X., Lou Y., Xie W., Zhao H. Regulation of apoptosis, autophagy and ferroptosis by non-coding RNAs in metastatic non-small cell lung cancer (Review). Exp. Ther. Med. 2022;23(5):352. https://doi.org/10.3892/etm.2022.11279Xu L., Huang X., Lou Y., Xie W., Zhao H. Regulation of apoptosis, autophagy and ferroptosis by non-coding RNAs in metastatic non-small cell lung cancer (Review). Exp. Ther. Med. 2022;23(5):352. https://doi.org/10.3892/etm.2022.11279

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