Detection of the IDH1/2 gene mutations in tumor samples with low abundance of the mutant allele

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Identification of driver mutations in tumors is an extremely important task in oncology for the choice of treatment strategy and assessment of therapy efficacy. In many cases, especially in disease monitoring, there is a need to detect a small number of copies of the mutant allele against the background of excessive content of wild-type DNA. In this work we investigated the possibilities of highly sensitive detection of mutations in IDH1 and IDH2 genes at suppression of wild-type DNA amplification using oligomers of “locked” nucleic acid (LNA) with subsequent hybridization of fluorescently labeled polymerase chain reaction (PCR) product on a biological microchip (biochip). The limit of detection of mutant DNA is 0.1% in the wild-type DNA background. The effectiveness of this approach is demonstrated by analyzing 26 samples of chondroid tumors and glial brain tumors with low representation of the mutant allele, previously undetected mutations R132C, R132L and R132H were identified in three cases.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. O. Varachev

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, ul. Vavilova 32, Moscow, 119991

D. A. Guskov

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, ul. Vavilova 32, Moscow, 119991

O. Y. Susova

N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of the Russian Federation

Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, Kashirskoe shosse 23, Moscow, 115478

A. P. Shekhtman

Russian Children’s Clinical Hospital

Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, Leninsky prosp. 117, Moscow, 119117

D. V. Rogozhin

Russian Children’s Clinical Hospital

Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, Leninsky prosp. 117, Moscow, 119117

S. A. Surzhikov

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, ul. Vavilova 32, Moscow, 119991

A. V. Chudinov

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, ul. Vavilova 32, Moscow, 119991

A. S. Zasedatelev

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, ul. Vavilova 32, Moscow, 119991

T. V. Nasedkina

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tanased06@rambler.ru
Russian Federation, ul. Vavilova 32, Moscow, 119991

References

  1. Angulo B., Lopez-Rios F., Gonzalez D. // Exp. Rev. Mol. Diagn. 2014. V. 14. P. 517–524. https://doi.org/10.1586/14737159.2014.910120
  2. Matsuda K. // Adv. Clin. Chem. 2017. V. 80. P. 45–72. https://doi.org/10.1016/bs.acc.2016.11.002
  3. Wilkening S., Hemminki K., Thirumaran R.K., Bermejo J.L., Bonn S., Försti A., Kumar R. // Biotechniques. 2005. V. 39. P. 853–858. https://doi.org/10.2144/000112027
  4. Ogino S., Kawasaki T., Brahmandam M., Yan L., Cantor M., Namgyal C., Mino-Kenudson M., Lauwers G.Y., Loda M., Fuchs C.S. // J. Mol. Diagn. 2005. V. 7. P. 413–421. https://doi.org/10.1016/S1525-1578(10)60571-5
  5. Reckamp K.L., Melnikova V.O., Karlovich C., Sequist L.V., Camidge D.R., Wakelee H., Perol M., Oxnard G.R., Kosco K., Croucher P., Samuelsz E., Vibat C.R., Guerrero S., Geis J., Berz D., Mann E., Matheny S., Rolfe L., Raponi M., Erlander M.G., Gadgeel S.J. // Thorac. Oncol. 2016. V. 11. P. 1690–1700. https://doi.org/10.1016/S1525-1578(10)60571-5
  6. Thomas R.K., Baker A.C., Debiasi R.M., Winckler W., Laframboise T., Lin W.M., Wang M., Feng W., Zander T., MacConaill L., Lee J.C., Nicoletti R., Hatton C., Goyette M., Girard L., Majmudar K., Ziaugra L., Wong K.K., Gabriel S., Beroukhim R., Peyton M., Barretina J., Dutt A., Emery C., Greulich H., Shah K., Sasaki H., Gazdar A., Minna J., Armstrong S.A., Mellinghoff I.K., Hodi F.S., Dranoff G., Mischel P.S., Cloughesy T.F., Nelson S.F., Liau L.M., Mertz K., Rubin M.A., Moch H., Loda M., Catalona W., Fletcher J., Signoretti S., Kaye F., Anderson K.C., Demetri G.D., Dummer R., Wagner S., Herlyn M., Sellers W.R., Meyerson M., Garraway L.A. // Nat. Genet. 2007. V. 39. P. 347–351. https://doi.org/10.1038/ng1975
  7. Mitchell M., Cutler J. // Methods Mol. Biol. 2011. V. 688. P. 17–33. https://doi.org/10.1007/978-1-60761-947-5_3
  8. Botezatu I.V., Kondratova V.N., Shelepov V.P., Mazurenko N.N., Tsyganova I.V., Susova O.Y., Lichtenstein A.V. // Anal. Biochem. 2020. V. 590. P. 113517. https://doi.org/10.1016/j.ab.2019.113517
  9. Li J., Wang L., Mamon H., Kulke M.H., Berbeco R., Makrigiorgos G.M. // Nat. Med. 2008. V. 14. P. 579– 584. https://doi.org/10.1038/nm1708
  10. Nagai Y., Miyazawa H., Huqun, Tanaka T., Udagawa K., Kato M., Fukuyama S., Yokote A., Kobayashi K., Kanazawa M., Hagiwara K. // Cancer Res. 2005. V. 65. P. 7276–7282. https://doi.org/10.1158/0008-5472
  11. Imanishi T., Obika S. // Chem. Commun. (Camb). 2002. V. 16. P. 1653–1659. https://doi.org/10.1039/b201557a
  12. Rahman S.M., Seki S., Obika S., Yoshikawa H., Miyashita K., Imanishi T. // J. Am. Chem. Soc. 2008. V. 130. P. 4886–4896. https://doi.org/10.1021/ja710342q
  13. Latorra D., Campbell K., Wolter A., Hurley J.M. // Hum. Mutat. 2003. P. 22. P. 79–85. https://doi.org/10.1002/humu.10228
  14. Parris B.A., Shaw E., Pang B., Soong R., Fong K., Soo R.A. // Respirology. 2019. V. 24. P. 215–226. https://doi.org/10.1111/resp.13463
  15. Itonaga M., Matsuzaki I., Warigaya K., Tamura T., Shimizu Y., Fujimoto M., Kojima F., Ichinose M., Murata S. // PLoS One. 2016. V. 11. P. e0151654. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0151654
  16. Emelyanova M., Ghukasyan L., Abramov I., Ryabaya O., Stepanova E., Kudryavtseva A., Sadritdinova A., Dzhumakova C., Belysheva T., Surzhikov S., Lyubchenko L., Zasedatelev A., Nasedkina T. // Oncotarget. 2017. V. 8. P. 52304–52320. https://doi.org/10.18632/oncotarget.17014
  17. Picca A., Berzero G., Di Stefano A.L., Sanson M. // Expert Rev. Mol. Diagn. 2018. V. 18. P. 1041–1051. https://doi.org/10.1080/14737159.2018.1548935
  18. Pirozzi C.J., Yan H. // Nat. Rev. Clin. Oncol. 2021. V. 18. P. 645–661. https://doi.org/10.1038/s41571-021-00521-0
  19. Tian W., Zhang W., Wang Y., Jin R., Wang Y., Guo H., Tang Y., Yao X. // Front. Pharmacol. 2022. V. 13. P. 982424. https://doi.org/10.3389/fphar.2022.982424
  20. Varachev V.O., Guskov D.A., Shekhtman A.P., Rogozhin D.V., Polyakov S.A., Chudinov A.V., Zasedatelev A.S., Nasedkina T.V. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2023. V. 49. P. 1147–1152. https://doi.org/10.1134/S1068162023050205
  21. Nafa K., Hameed M., Arcila M.E. // Methods Mol. Biol. 2016. V. 1392. P. 71–82. https://doi.org/10.1007/978-1- 4939-3360-0_8
  22. Шаманин В.А., Карпов И.В., Писарева Е.Е., Гуткина Н.И., Коваленко С.П. // Сибирский онкологич. журнал. 2018. T. 17. C. 30–35. https://doi.org/10.21294/1814-4861-2018-17-4-30-35
  23. Emelyanova M., Arkhipova K., Mazurenko N., Chudinov A., Demidova I., Zborovskaya I., Lyubchenko L., Zasedatelev A., Nasedkina T. // Appl. Immunohistochem. Mol. Morphol. 2015. V. 23. P. 255–265. https://doi.org/10.1097/PAI.0000000000000084
  24. Kukhtin A.C., Sebastian T., Golova J., Perov A., Knickerbocker C., Linger Y., Bueno A., Qu P., Villanueva M., Holmberg R.C., Chandler D.P., Cooney C.G. // Lab. Chip. 2019. V. 19. P. 1217–1225. https://doi.org/10.1039/c8lc01404c

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Suppression of amplification of the wild-type R132 IDH1 allele in a sample containing ~50% of the mutant R132H allele at different concentrations of LNA oligomer. (a) – Amplification curves of the wild-type R132 allele and the mutant R132H allele: wild-type (wt) allele – curves 1 (0 nM), 2 (50 nM) and 3 (100 nM); mutant allele (R132H) – curves 4 (0 nM), 5 (50 nM) and 6 (100 nM); (b) – difference in the threshold cycle values ​​of the amplification curves of the wild-type (wt) and mutant allele (R132H) allele at different concentrations of LNA compared to zero concentration.

Download (97KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Analysis of melting curves with a TaqMan probe for suppression of the amplification of the wild-type allele R132 IDH1 (wt) in a sample containing 15–20% of the mutant allele (R132H) at different concentrations of LNA oligomer: 1 – wild-type sample (0 nM); samples with the R132H mutation – curves 2 (0 nM), 3 (50 nM), and 4 (100 nM). An increase in the R132H peak is noticeable with increasing LNA oligomer concentration.

Download (84KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Detection of the R132H IDH1 mutation in a sample containing 0.5% of the mutant allele at different concentrations of the LNA oligomer. Hybridization patterns: (a) 0 nM LNA, (b) 50 nM LNA, (c) 100 nM LNA; (d) normalized values ​​of fluorescent signals.

Download (71KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Detection of mutations in the IDH1 gene in tumor samples (chondrosarcoma) with a low content of the mutant allele. The upper part of the figure shows the hybridization patterns on the biochip, the lower part – the normalized values ​​of the fluorescence signals. Sample with the R132C mutation: (a) – 0 nM LNA oligomer in the PCR reaction, (b) – with the addition of 100 nM LNA oligomer. Sample with the R132L mutation: (c) – 0 nM LNA oligomer in the PCR reaction, (d) – with the addition of 100 nM LNA oligomer. Wells with the fluorescent dye Cy5, which act as a marker, are located in the corners of the biochip.

Download (119KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».