Система машинного обучения помогла биологам из ВШЭ выяснить, как появляются крупные мутации в геноме человека и как с ними связана структура нитей ДНК. Их выводы были представлены в журнале BMC Cancer.
"Геномы опухолевых клеток содержат самые разные мутации. Они могут быть как точечные, так и крупные. В первом случае из ДНК исчезает один нуклеотид и вместо него встраивается другой. Мы изучали крупные мутации, в которых куски генома, от двух до нескольких миллионов нуклеотидов, удаляются, переворачиваются, копируются и вставляются в другое место", — рассказывает Мария Попцова из Высшей школы экономики.
Вопреки представлениям обывателей, хромосомы приобретают характерную Х-образную форму и становятся хорошо заметными в микроскоп только во время деления клетки. Во время интерфазы, периода спокойствия, они теряют свою форму и превращаются в своеобразный клубок из тесно переплетенных нитей, чей "формат" упаковки и сам факт существования вызывает большой интерес со стороны физиков.
Этот клубок, напоминающий по своей структуре брикет лапши быстрого приготовления, как предположили советские физики еще в 1988 году, представляет собой так называемый фрактальный клубок – особую математическую структуру из пересекающихся кривых, чьи завитки повторяют, как и все фрактальные объекты, форму всей хромосомной нити.
Помимо завитков, внутри него присутствуют и другие структуры – шпилькообразные выросты, шарообразные пустоты-"спеклы", а также объединения из четырех цепочек ДНК, так называемые G-квадруплексы. Ученые давно пытаются "распутать" этот брикет и понять, зачем клетка упаковывает генетический код подобным образом и как расположены внутри него различные гены, жизненно важные для функционирования всех тканей тела.
Попцова и ее коллеги выяснили, что эти структуры играют важную роль в формировании крупных мутаций в геноме, проанализировав то, где встречаются и к каким последствиям приводили подобные перестановки в ДНК, обнаруженных в клетках раковых больных.
В общей сложности, генетики проанализировали свыше 487 тысяч мутаций, найденных в двух тысячах опухолей и каталогизированных в базе данных проекта International Cancer Genome Consortium. Эта обширная коллекция помогла ученым не только понять, откуда берутся мутации, но и выяснить, какие типы подобных изменений были характерны для разных видов рака.
В целом, как показал этот анализ, крупные сдвиги в структуре генома чаще всего происходили внутри двух типов структур, G-квадруплексов и шпилек. При этом мутации в этих регионах встречались с очень разной частотой для каждого типа опухоли.
К примеру, "опечатки" в шпильках чаще становятся причиной появления лейкоза, рака мозга, печени и предстательной железы, а повреждения квадруплексов приводят к развитию карциномы яичника, меланомы, рака груди, костей и поджелудочной железы.
Что интересно, вероятность появления мутации зависела не только от структуры ДНК, но и от того, как была устроена белковая "упаковка" генома в той точке, где находятся шпильки или G-квадруплексы. Изменения в ее структуре, как показали российские исследователи, не только повышает или понижает то, как часто клетка читает тот или иной ген, но и влияет на вероятность развития рака.
Эти особенности структуры и упаковки генома, как считают Попцова и ее коллеги, можно использовать для того, чтобы бороться с опухолями или предотвращать их появление. К примеру, повышение прочности G-квадруплексов может лишить раковые клетки возможности бесконечно размножаться, так как они не смогут удлинить концевые участки хромосом, где эти структуры встречаются особенно часто.
Источник: РИА НОВОСТИ
