Исследователи из британского Института Сэнгера обнаружили на молекулах ДНК раковых клеток специфические «отпечатки», которые появляются в результате мутаций.
Клетки в организме имеют сложную генетическую систему контроля собственного роста, деления и дифференцировки. В случае нарушения в этой системе клетка совершает апоптоз – программируемое самоубийство. Однако если апоптоз не происходит, клетка может начать бесконтрольно делиться, и в этом случае возникает злокачественная опухоль; в случае рака бесконтрольно делятся клетки эпителия органов. Таким образом, раковые опухоли являются результатом мутаций, изменений, происходящих в геноме клеток. Это могут быть ошибки, возникшие при репликации (удвоении), неправильной репарации (починке) ДНК, а также влияние внешних мутагенных факторов (например, облучение).
В последние 25 лет получено много информации об отдельных мутациях и неправильных генах, работающих в опухолях человека. Однако современные достижения в технологиях секвенирования (расшифровки) позволяют получить полную ДНК-последовательность раковых геномов и таким образом выявлять тысячи соматических мутаций в отдельном образце раковой опухоли.
Этим и занимается сообщество учёных, работающих по проекту Cancer Genome в Институте Сэнгера и ряде других институтов по всему миру. В середине августа 2013 года в журнале Nature была опубликована статья «Signatures of mutational processes in human cancer» (Подписи мутационных процессов при раке человека), рассказывающая о некоторых результатах по изучению генома рака.
С нуклеотидами в последовательности ДНК могут происходить следующие события: замены, вставки, делеции (удаления), перестановки. Разные виды рака оставляют в геноме мутационные сигнатуры – комбинации различных типов мутаций. Команда учёных разработала алгоритм поиска этих сигнатур на основе сопоставления здорового и ракового генома одного человека.
Было проанализировано 7 042 геномов из каталога мутаций с 30 самыми распространёнными видами рака (печени, толстого кишечника, молочной железы и др.). Этот анализ позволил выявить более 20 мутационных сигнатур.
Найденные сигнатуры оказались по-разному распространены в различных видах рака. В геномах рака печени, желудка и шейки матки обнаружено по шесть различных мутационных сигнатур. В среднем же, в каждом виде рака встречается по две мутационные сигнатуры. Сами сигнатуры значительно различаются по частоте встречаемости. Например, сигнатура № 1B присутствовала в 19 видах рака из 30, тогда как сигнатуры № 18-21 встретились только в одном виде рака (см. рис.).
Присутствие мутационных сигнатур среди различных видов рака.
Известно, например, что табачный дым может являться причиной тех мутаций в бронхиальном эпителии, которые ведут к раку лёгких (табачный дым содержит более 60 известных канцерогенов). Или, что ультрафиолет может вызвать мутации в кожном эпителии, ведущие к раку кожи. Однако для большинства видов рака его исходные биологические процессы до сих пор неизвестны.
«Мы определили большинство мутационных сигнатур, которые объясняют генетические преобразования и историю развития рака у пациентов, – говорит Людмил Александров, первый автор статьи, опубликованной в Nature. – Сейчас мы начинаем разбираться в сложных биологических процессах, происходящих с течением времени и создающих мутационные сигнатуры в раковых геномах».
Так, уже было выяснено, что сигнатуры 1A и 1B (см. рис.), присутствующие в 25 видах рака, коррелируют с возрастом пациентов, то есть с большой долей вероятности появление этих сигнатур – следствие старения организма. Для рака поджелудочной железы, молочной железы, яичника найдены сигнатуры, появляющиеся вследствие дефектов репарации ДНК из-за мутаций в генах-супрессорах BRCA 1 и 2.
Так же описана мутационная структура в геноме рака молочной железы. Отдельные регионы генома просто наводнены мутациями, и это явление, которое исследователи назвали катиг (kataegis – от греч. шторм, гроза), присутствует почти во всех видах рака.
«С помощью детального анализа мы можем получить громадное количество информации, скрытое в раковом геноме, таким образом продвинуться в понимании того, как и почему рак возникает», – говорит доктор Серена Ник-Зайнал, один из авторов статьи. – Наша карта событий, провоцирующих рак у людей, – важный шаг в понимании процессов канцерогенеза».
«Мы открыли «археологические» следы разных мутаций, происходящих в геноме, которые ведут к образованию многих видов рака», – отмечает профессор сэр Майк Страттон, ведущий автор статьи и директор Института Сэнгера. По его мнению, обнаруженный набор мутационных сигнатур и последующее исследование причин мутационных процессов позволят продвинуться в вопросах лечения и предотвращения рака.
Источник: НАУКА И ЖИЗНЬ
