Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1083710.32607/20758251-2019-11-2-17-27ReviewsОбзорыResearch ArticleMolecular Biomarkers of Brain and Spinal Cord AstrocytomasМолекулярные биомаркеры астроцитом головного и спинного мозгаKonovalovN. A.КоноваловН. А.
Russian Federation
md.timonin@gmail.comAsyutinD. S.АсютинД. С.
Russian Federation
md.timonin@gmail.comShayhaevE. G.ШайхаевЕ. Г.
Russian Federation
md.timonin@gmail.comKaprovoyS. V.КапровойС. В.
Russian Federation
md.timonin@gmail.comTimoninS. Yu.ТимонинС. Ю.
Russian Federation
md.timonin@gmail.comNational Medical Research Center of Neurosurgery, Ministry of Health of the Russian Federation Acad.Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии Минздрава России им. акад. Н.Н. БурденкоRussian Research Center for X-ray Radiology of the Ministry of Health of the Russian FederationРоссийский научный центр рентгенорадиологии Минздрава России15062019112VOL 11, NO2 (2019)ТОМ 11, №2 (2019)172721012020Copyright ©; 2019, Konovalov N.A., Asyutin D.S., Shayhaev E.G., Kaprovoy S.V., Timonin S.Y.Copyright ©; 2019, Коновалов Н.А., Асютин Д.С., Шайхаев Е.Г., Капровой С.В., Тимонин С.Ю.2019Konovalov N.A., Asyutin D.S., Shayhaev E.G., Kaprovoy S.V., Timonin S.Y.Коновалов Н.А., Асютин Д.С., Шайхаев Е.Г., Капровой С.В., Тимонин С.Ю.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10837

Spinal cord astrocytomas are rare diseases of the central nervous system. The localization of these tumors and their infiltrative growth complicate their surgical resection, increase the risk of postoperative complications, and require more careful use of radio- and chemotherapy. The information on the genetic mutations associated with the onset and development of astrocytomas provides a more accurate neoplasm diagnosis and classification. In some cases, it also allows one to determine the optimal methods for treating the neoplasm, as well as to predict the treatment outcomes and the risks of relapse. To date, a number of molecular markers that are associated with brain astrocytomas and possess prognostic value have been identified and described. Due to the significantly lower incidence of spinal cord astrocytomas, the data on similar markers are much more sparse and are presented with a lesser degree of systematization. However, due to the retrospective studies of clinical material that have been actively conducted abroad in recent years, the formation of statistically significant genetic landscapes for various types of tumors, including intradural spinal cord tumors, has begun. In this regard, the purpose of this review is to analyze and systematize the information on the most significant genetic mutations associated with various types of astrocytomas, as well as discuss the prospects for using the corresponding molecular markers for diagnostic and prognostic purposes.

Астроцитомы спинного мозга относятся к редким заболеваниям центральной нервной системы. Локализация этих опухолей и их инфильтративный характер осложняет хирургическую резекцию и повышает риск послеоперационных осложнений, а также требует более осторожного применения радио- и химиотерапии. Знание генетических мутаций, связанных с возникновением и развитием астроцитомы, обеспечивает более точную диагностику и классификацию новообразования и в ряде случаев позволяет определить оптимальные методы терапии, а также прогнозировать исход лечения и риски рецидивов. К настоящему времени выявлен и описан ряд молекулярных маркеров, ассоциированных с астроцитомами головного мозга и обладающих прогностическим значением. Астроцитомы спинного мозга встречаются существенно реже, поэтому данные об аналогичных маркерах этих астроцитом присутствуют в гораздо меньшем объеме и с меньшей степенью систематизации. Однако благодаря активно проводимым за рубежом ретроспективным исследованиям клинического материала началось формирование статистически значимых генетических ландшафтов опухолей различного типа, включая и интрадуральные опухоли спинного мозга. В связи с этим целью настоящего обзора стал анализ и систематизация информации о наиболее значимых генетических мутациях, ассоциированных с различными типами астроцитом, а также обсуждение перспектив диагностического и прогностического применения соответствующих молекулярных маркеров.

spinal cord astrocytomaglioblastomamutationsmolecular markersdiagnosismechanisms of neoplastic transformationprognostic valueастроцитома спинного мозгаглиобластомамутациидиагностикамолекулярные маркерымеханизмы возникновения новообразованийпрогностическое значениеThis work was supported by RFBR (project № 18-29-01042).Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (номер проекта 18-29-01042)[1] Samartzis D., Gillis C.C., Shih P., O’Toole J.E., Fessler R.G. // Global Spine J. 2015, V.5, №5, P.425-435[2] Kaprealian T., Chang E., Brown P., Lo S., Sahgal A., Suh J. Astrocytic Tumors of the Spinal Cord. // Adult CNS Radiation Oncology. Principles and Practice 2018, P.129-145[3] Zadnik P.L., Gokaslan Z.L., Burger P.C., Bettegowda C. // Nat. Rev. Neurol. 2013, V.9, №5, P.257-266[4] Mechtler L.L., Nandigam K. // Neurol. Clin. 2013, V.31, P.241-268[5] Chamberlain M.C., Tredway T.L. // Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 2011, V.11, P.320-328[6] Duong L.M., McCarthy B.J., McLendon R.E., Dolecek T.A., Kruchko C., Douglas L.L., Ajani U.A. // Cancer. 2012, V.118, P.4220-4227[7] Lonser R.R., Weil R.J., Wanebo J.E., DeVroom H.L., Oldfield E.H. // J. Neurosurg. 2003, V.98, P.106-116[8] Chamberlain M.C., Tredway T.L. // Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 2011, V.11, P.320-328[9] Louis D.N., Ohgaki H., Wiestler O.D., Cavenee W.K., Burger P.C., Jouvet A., Scheithauer B.W., Kleihues P. // Acta Neuropathol. 2007, V.114, P.97-109[10] Teng Y.D., Abd-El-Barr M., Wang L., Hajiali H., Wu L., Zafonte R.D. // Exp. Neurol. 2019, V.311, P.135-147[11] Collins V.P., Jones D.T., Giannini C. // Acta Neuropathol. 2015, V.129, №6, P.775-788[12] Smith J.S., Jenkins R.B. // Front. Biosci. 2000, V.5, P.213-231[13] Raco A., Esposito V., Lenzi J., Piccirilli M., Delfini R., Cantore G:. // Neurosurgery. 2005, V.56, P.972-981[14] Abd-El-Barr M.M., Huang K.T., Moses Z.B., Iorgulescu J.B., Chi J.H. // Neuro-Oncol. 2018, V.20, №6, P.729-742[15] Karsy M., Neil J.A., Guan J., Mark M.A., Colman H., Jensen R.L. // Neurosurg. Focus. 2015, V.38, №3, E4[16] Harrop J.S., Ganju A., Groff M., Bilsky M. // Spine. 2009, V.34, S1, P.69-77[17] Oghaki H., Kleihues P. // J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2005, V.64, №6, P.479-489[18] Oghaki H. // Neuropathol. 2005, V.25, №1, P.1-7[19] Kanu O.O., Hughes B., Di C., Lin N., Fu J., Bigner D.D., Yan H., Adamson C. // Clin. Med. Oncol. 2009, V.3, P.39-52[20] Jones T.S., Holland E.C. // Toxicol. Pathol. 2011, V.39, №1, P.158-166[21] Penman C.L., Faulkner C., Lowis S.P., Kurian K.M. // Front. Oncol. 2015, V.5, 54[22] Jacob K., Albrecht S., Sollier C., Faury D., Sader E., Montpetit A., Serre D., Hauser P., Garami M., Bognar L. // Br. J. Cancer. 2009, V.101, №4, P.722-733[23] Jeuken J.W., Wesseling P. // J. Pathol. 2010, V.222, P.324-328[24] Hawkins C., Walker E., Mohamed N., Zhang C., Jacob K., Shirinian M., Alon N., Kahn D., Fried I., Scheinemann K. // Clin. Cancer Res. 2011, V.17, P.4790-4798[25] Ida C.M., Lambert S.R., Rodriguez F.J., Voss J.S., McCann B.E., Seys A.R., Halling K.C., Collins V.P., Giannini C. // J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2012, V.71, P.631-639[26] Jones D.T., Hutter B., Jager N., Korshunov A., Kool M., Warnatz H.J., Zichner T., Lambert S.R., Ryzhova M., Quang D.A.K. // Nat. Genet. 2013, V.45, P.927-932[27] Jones D.T., Kocialkowski S., Liu L., Pearson D.M., Ichimura K., Collins V.P. // Oncogene. 2009, V.28, P.2119-2123[28] Schindler G., Capper D., Meyer J., Janzarik W., Omran H., Herold-Mende C., Schmieder K., Wesseling P., Mawrin C., Hasselblatt M. // Acta Neuropathol. 2011, V.121, №3, P.397-405[29] Badiali M., Gleize V., Paris S., Moi L., Elhouadani S., Arcella A., Morace R., Antonelli M., Buttarelli F.R., Figarella-Branger D. // Brain Pathol. 2012, V.22, P.841-847[30] Huillard E., Hashizume R., Phillips J.J., Griveau A., Ihrie R.A., Aoki Y., Nicolaides T., Perry A., Waldman T., Mc-Mahon M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012, V.109, P.8710-8715[31] Horbinski C., Nikiforova M.N., Hagenkord J.M., Hamilton R.L., Pollack I.F. // Neuro-Oncology. 2012, V.14, P.777-789[32] Shankar G.M., Lelic N., Gill C.M., Thorner A.R., van Hummelen P., Wisoff J.H., Loeffler J.S., Brastianos P.K., Shin J.H., Borges L.F. // Acta Neuropathol. 2016, V.131, P.147-150[33] Horbinski C., Hamilton R.L., Nikiforov Y., Pollack I.F. // Acta Neuropathol. 2010, V.119, №5, P.641-649[34] Cancer Genome Atlas Research Network // Nature 2008, V.455, P.1061-1068[35] Parsons D.W., Jones S., Zhang X., Lin J.C.H., Leary R.J., Angenendt P., Mankoo P., Carter H., Siu I.M., Gallia G.L. // Science. 2008, V.321, №5897, P.1807-1812[36] Johnson A., Severson E., Gay L., Vergilio J.A., Elvin J., Suh J., Daniel S., Covert M., Frampton G. M., Hsu S. // Oncologist. 2017, V.22, №12, P.1478-1490[37] Yang H., Ye D., Guan K.L., Xiong Y. // Clin. Cancer Res. 2012, V.18, P.5562-5571[38] Yan H., Parsons D.W., Jin G., McLendon R., Rasheed B.A., Yuan W., Kos I., Batinic-Haberle I., Jones S., Riggins G.J. // N. Engl. J. Med. 2009, V.360, №8, P.765-773[39] Huse J.T., Aldape K.D. // Clin. Cancer Res. 2014, V.20, №22, P.5601-5611[40] Dang L., White D.W., Gross S., Bennett B.D., Bittinger M.A., Driggers E.M., Fantin V.R., Jang H.G., Jin S., Keenan M.C. // Nature 2009, V.462, №7274, P.739-744[41] Noushmehr H., Weisenberger D.J., Diefes K., Phillips H.S., Pujara K., Berman B.P., Pan F., Pelloski C.E., Sulman E.P., Bhat K.P. // Cancer Cell. 2010, V.17, №5, P.510-522[42] Lu C., Ward P.S., Kapoor G.S., Rohle D., Turcan S., Abdel-Wahab O., Edwards C.R., Khanin R., Fiqueroa M.E., Melnick A. // Nature 2012, V.483, №7390, P.474-478[43] Fu Y., Zheng S., Zheng Y., Huang R., An N., Liang A., Hu C. // Int. J. Biochem. Cell. Biol. 2012, V.44, №5, P.770-775[44] Watanabe T., Nobusawa S., Kleihues P., Ohgaki H. // Am. J. Pathol. 2009, V.174, №4, P.1149-1153[45] Ellezam B., Theeler B.J., Walbert T., Mammoser A.G., Horbinski C., Kleinschmidt-DeMasters B.K., Perry A., Puduvalli V., Fuller G.N., Bruner J.M. // Acta Neuropathol. 2012, V.124, №3, P.449-451[46] Anderson M.D., Gilbert M.R. // J. Nat. Comp. Canc. Netw. 2014, V.12, №5, P.665-672[47] Jiao Y., Killela P.J., Reitman Z.J., Rasheed A.B., Heaphy C.M., de Wilde R.F., Rodriguez F.G., Rosemberg S., Oba-Shinjo S.M., Nagahashi M.S.K. // Oncotarget. 2012, V.3, P.709-722[48] Karsy M., Guan J., Cohen A.L., Jensen R.L., Colman H. // Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 2017, V.17, 19[49] Kannan K., Inagaki A., Silber J., Gorovets D., Zhang J., Kastenhuber E.R., Hequy A., Petrini J.H., Chan T.A., Huse J.T. // Oncotarget. 2012, V.3, P.1194-1203[50] Clynes D., Jelinska C., Xella B., Ayyub H., Scott C., Mitson M., Taylor S., Higgs D.R., Gibbons R.J. // Nat. Commun. 2015, V.6, P.1-11[51] Clynes D., Gibbons R.J. // Curr. Opin. Genet. Dev. 2013, V.23, P.289-294[52] Schwartzentruber J., Korshunov A., Liu X.Y., Jones D.T.W., Pfaff E., Jacob K., Sturm D., Fontebasso A.M., Quang D.-A.K., Tonjes M. // Nature 2012, V.482, P.226-231[53] Rodriguez F.J., Brosnan-Cashman J.A., Allen S.J., Vizcaino M.A., Giannini C., Camelo-Piragua S., Webb M., Matsushita M., Wadhwani N., Tabbarah A. // Brain Path. 2019, V.29, №1, P.126-140[54] Wiestler B., Capper D., Holland-Letz T., Korshunov A., von Deimling A., Pfister S.M., Platten M., Weller M., Wick W. // Acta Neuropathol. 2013, V.126, №3, P.443-451[55] Takai K., Tanaka S., Sota T., Mukasa A., Komori T., Taniguchi M. // World Neurosurg. 2017, V.108, P.991.e13-991.e16[56] Shows J., Marshall C., Perry A., Kleinschmidt-DeMasters B.K. // Brain Pathol. 2016, V.26, №1, P.120-123[57] Nagaishi M., Nobusawa S., Yokoo H., Sugiura Y., Tsuda K., Tanaka Y., Suzuki K., Hyodo A. // Brain Tumor Pathol. 2016, V.33, P.267-269[58] Talbert P.B., Henikoff S. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2010, V.11, P.264-275[59] Wu G., Broniscer A., McEachron T.A., Lu C., Paugh B.S., Becksfort J., Qu C., Ding L., Huether R., Parker M. // Nat. Genet. 2012, V.44, P.251-253[60] Caren H., Pollard S.M., Beck S. // Mol. Aspects Med. 2013, V.34, P.849-862[61] Lewis P.W., Muller M.M., Koletsky M.S., Cordero F., Lin S., Banaszynski L.A., Garcia B.A., Muir T.W., Becher O.J., Allis C.D. // Science. 2013, V.340, P.857-861[62] Sturm D., Witt H., Hovestadt V., Khuong-Quang D.A., Jones D.T.W., Konermann C., Pfaff E., Tonjes M., Sill M., Bender S. // Cancer Cell. 2012, V.22, P.425-437[63] Lee J., Solomon D.A., Tihan T. // J. Neurooncol. 2017, V.132, P.1-11[64] Solomon D.A., Wood M.D., Tihan T., Bollen A.W., Gupta N., Phillips J.J., Perry A. // Brain Pathol. 2016, V.26, P.569-580[65] Aihara K., Mukasa A., Gotoh K., Saito K., Nagae G., Tsuji S., Tatsuno K., Yamamoto S., Takayanagi S., Narita Y. // Neuro-Oncol. 2014, V.16, P.140-146[66] Feng J., Hao S., Pan C., Wang Y., Wu Z., Zhang J., Yan H., Zhang L., Wan H. // Hum. Pathol. 2015, V.46, P.1626-1632[67] Nguyen A.T., Colin C., Nanni-Metellus I., Padovani L., Maurage C.A., Varlet P., Miguel C., Uro-Coste E., Godfraind C., Lechapt-Zalcman E. // Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2015, V.41, P.403-408[68] Khuong-Quang D.A., Buczkowicz P., Rakopoulos P., Liu X.Y., Fontebasso A.M., Bouffet E., Bartels U., Albrecht S., Schwartzentruber J., Letourneau L. // Acta Neuropathol. 2012, V.124, P.439-447[69] Tanaka S., Otani R., Hongo H., Matsuda H., Ikemura M., Nomura M., Takayanagi S., Nejo T., Takahashi S., Kitagawa Y. // Neuro-Oncol. 2017, V.19, S6, P.vi176[70] Gessi M., Gielen G.H., Dreschmann V., Waha A., Pietsch T. // Acta Neuropathol. 2015, V.130, P.435-437[71] Je E.M., Yoo N.J., Lee S.H. // Acta Pathol. Microbiol. Immunol. Scand, 2014, V.122, №1, P.81-82[72] Khani P., Nasri F., Chamani F.K., Saeidi F., Nahand J.S., Tabibkhooei A., Mirzaei H. // J. Neurochem. 2019, V.148, №2, P.188-203[73] Kanu O.O., Hughes B., Di C., Lin N., Fu J., Bigner D.D., Yan H., Adamson C. // Clin. Med. Oncol. 2009, V.3, P.39-52[74] England B., Huang T., Karsy M. // Tumor Biol. 2013, V.34, P.2063-2074[75] Lipp E.S., McLendon R.E. // Semin. Oncol. Nurs. 2018, V.34, №5, P.430-442[76] Govindan A., Chakraborti S., Mahadevan A., Chickabasavaiah Y.T., Santosh V., Shankar S.K. // Brain Tumor Pathol. 2011, V.28, P.297-303[77] Walker C., Baborie A., Crooks D., Wilkins S., Jenkinson M.D. // Br. J. Radiol. 2011, V.84, №S2, P.S90-S106[78] Sami A., Karsy M. // Tumor Biol. 2013, V.34, №4, P.1991-2002[79] Groszer M., Erickson R., Scripture-Adams D.D., Lesche R., Trumpp A., Zack J.A., Kornblum H.I., Liu X., Wu H. // Science. 2001, V.294, P.2186-2189[80] Marino S., Krimpenfort P., Leung C., van der Korput H.A., Trapman J., Camenisch I., Berns A., Brandner S. // Development. 2002, V.129, P.3513-3522[81] Ohgaki H., Dessen P., Jourde B., Horstmann S., Nishikawa T., Di Patre P.L., Burkhard C., Schüler D., Probst-Hensch N.M., Maiorka P.C. // Cancer Research 2004, V.64, P.6892-6899[82] Ohgaki H., Kleihues P. // Am. J. Pathol. 2007, V.170, №5, P.1445-1453[83] Smith J.S., Tachibana I., Passe S.M., Huntley B.K., Borell T J., Iturria N., O’Fallon J.R., Schaefer P.L., Scheithauer B.W., James C.D. // J. Nat. Canc. Inst. 2001, V.93, №16, P.1246-1256[84] Wiencke J.K., Zheng S., Jelluma N., Tihan T., Vandenberg S., Tamgüney T., Baumber R., Parsons R., Lamborn K.R., Berger M.S. // Neuro-Oncol. 2007, V.9, P.271-279[85] Ekstrand A., James C., Cavenee W., Seliger B., Pettersson R.F., Collins V.P. // Canc. Res. 1991, V.8, P.2164-2172[86] Janne P.A., Engelman J.A., Johnson B.E. // J. Clin. Oncol. 2005, V.23, P.3227-3234[87] Lee J.C., Vivanco I., Beroukhim R., Huang J.H., Feng W.L., DeBiasi R.M., Yoshimoto K., King J.C., Nghiemphu P., Yuza Y. // PLoS Med. 2006, V.3, e485[88] Katanasaka Y., Kodera Y., Kitamura Y., Morimoto T., Tamura T., Koixumi F. // Mol. Cancer. 2013, V.12, 31[89] Inda M.M., Bonavia R., Mukasa A., Narita Y., Sah D.W., Vandenberg S., Brennan C., Johns T.G., Bachoo R., Hadwiger P. // Genes Dev. 2010, V.24, P.1731-1745[90] McNamara M.G., Sahebjam S., Mason W.P. // Cancers (Basel). 2013, V.5, №3, P.1103-1119[91] Rasheed B.K., Wiltshire R.N., Bigner S.H., Bigner D.D. // Curr. Opin. Oncol. 1999, V.11, P.162-167[92] Ryu S.J., Kim J.Y., Kim K.H., Park J.Y., Kuh S.U., Chin D.K., Kim L.S., Chi Y.E., Kim S. H. // Eur. Spine J. 2016, V.25, P.4067-4079