Поиск - новости науки и техники

Выключить на старте. Как отремонтировать «сломанные» гены?

18.10.19

В последнее время нередко приходится писать о том, как наши научные коллективы стремительно догоняют зарубежных лидеров. Тем приятнее рассказывать о работах, которые задают тон в развитии мировой науки, особенно когда речь идет об онкологии. В НИИ онкологии Томского национального исследовательского медицинского центра РАН реализуется несколько проектов Российского фонда фундаментальных исследований, изучающих молекулярно-генетические механизмы возникновения и прогрессирования злокачественных новообразований. Красивое слово «анамнез» (в переводе с греческого – воспоминание) у онкологических больных включает непривлекательный список различных форм рака, зафиксированных у бабушек, дедушек, родителей и других ближайших родственников.

– Сейчас установлено, что до 40% различных локализаций злокачественных опухолей могут передаваться по наследству, – рассказывает руководитель проекта РФФИ №18-29-09046 «Этноспецифические мутации предрасположенности к раку молочной железы у коренного населения Сибири и Дальнего Востока», заместитель директора Томского НИИ онкологии член-корреспондент РАН Надежда Чердынцева.

– Риск онкологических заболеваний у людей, являющихся носителями определенных генетических нарушений, в течение жизни возрастает до 90%. В 2000-е эта тема стала особенно актуальной, так как были обнаружены, наследуемые мутации в генах репарации BRCA1/2, способствующие возникновению рака молочной железы. Врачам-онкологам открытия генетиков дали возможность курировать пациенток с генетическими нарушениями, наблюдать их родственниц, осуществлять профилактические мероприятия. Проведение превентивной мастэктомии позволяет снизить риск возникновения РМЖ на 98%. В СМИ часто упоминается так называемый «синдром Анджелины Джоли»: актриса, носительница подобной наследуемой мутации, перенесла удаление грудной железы в качестве профилактики рака. Кроме того, установлено, что злокачественные образования у пациенток с генетическими нарушениями лучше поддаются химиотерапии препаратами платины. Соответственно, наблюдая подобных пациенток в усиленном режиме, можно выявить болезнь на ранней стадии.

Томский НИИ онкологии был создан в 1979 году и с тех пор курирует исследования по онкологической тематике в Сибири и на Дальнем Востоке. Изучение эпидемиологии злокачественных новообразований входит в число приоритетов института и активно поддерживается его директором академиком Е.Л.Чойнзоновым. Наши коллеги во главе с профессором Любовью Филипповной Писаревой с первых лет работы проводили анкетирование практически во всех районах Сибири и Дальнего Востока, выявляя факторы риска в случае злокачественных новообразований. И уже тогда ставился вопрос о влиянии не только внешних вредных воздействий, но и генетических нарушений на семейную «историю болезни». Наличие «семейных раков» отмечалось, но еще не было технологических подходов, которые могли бы четко показать, с чем это связано. А сейчас можно выявить мутации и определить их клиническую значимость.

Надо особо отметить, что у разных этносов природа генетических нарушений может быть иной. Для Сибири этот момент особенно актуален: согласно последней переписи, на территории региона проживают 1,5 миллиона представителей различных этносов. В ходе исследований мы столкнулись с тем, что у представительниц коренных сибирских народностей, заболевших раком молочной железы, не обнаруживаются генетические мутации, характерные для славянских женщин. Изменения генов не выявлялись даже в случаях с отягощенным онкологическим семейным анамнезом. Получается, что помочь женщинам коренных народностей мы не можем, – попросту не знаем, какие генетические нарушения тестировать. Так возникла идея начать проект по поиску этноспецифических мутаций, связанных с наследственным раком молочной железы. Очень важно, что РФФИ поддержал нашу заявку, поскольку предстояла и предстоит далее сложная работа, связанная с набором биологического материала у людей, живущих в огромном регионе.

Помочь этносам Сибири

– Мы работаем с представительницами бурятского, алтайского, хакасского, тувинского этносов, – поясняет научный сотрудник лаборатории молекулярной онкологии и иммунологии, кандидат медицинских наук Полина Гервас.

– На сегодняшний день разработаны стандартные генетические наборы для определения мутаций, присущих славянскому населению. Но для этносов Сибири они не применимы: мы провели секвенирование генов, вовлеченных в патогенез рака молочной железы, и не нашли ни одной «традиционной» мутации. Начинали с небольшой выборки больных различных этносов, поскольку даже не знали, в каком направлении двигаться. Обнаружили особую мутацию гена BRCA2 у тувинок, удалось выяснить, что она повторяется у молодых представительниц этой народности с отягощенным онкологическим анамнезом (наследственные раки). Нашли мутации в генах репарации, отличных от BRCA 1/2, а также в одном из генов опухолевой супрессии у буряток. Что интересно, нарушения гена репарации характерны для европеоидов – встречаются у этносов, проживающих на территории Финляндии. Кроме того, нашли у представительниц коренного населения Бурятии, больных раком молочной железы, мутацию в гене MUTYH, относящемся к вовлеченным в наследственные онкологические синдромы.

Известно, что выявленная мутация гена MUTYH играет роль при наследственных формах рака толстого кишечника у азиатских этносов. Актуальность наших исследований подтверждают работы азиатского BRCA-консорциума, в рамках которого получены сведения о спектре мутаций генов репарации в 50 странах этой части света. Установлено, что спектр мутаций у азиатов кардинально отличается от характерных, например, для славян. Но процедуру подтверждения клинической значимости наследственных мутаций, выявленных у азиатов, осложняют политика контроля над рождаемостью, уменьшение размеров семей, миграция населения. Вследствие перечисленных ограничений модели оценки риска, специфичные для населения Азии, носителей мутаций генов BRCA1/2, находятся в стадии разработки, и большинство азиатских стран все еще придерживается традиционных международных стратегий профилактики и диагностики наследственных форм рака молочной железы. Наши первые находки показали, что по спектру мутаций представительницы коренных народностей Сибири близки к азиатам, но нужно время, чтобы подтвердить клиническую значимость всех установленных генетических нарушений.

Стоит отметить, что ученые НИИ онкологии несколько лет назад проводили масштабные исследования генетических мутаций у представительниц славянского населения Сибири, больных раком молочной железы. Тогда данные совпали с результатами широко известных работ ведущих российских генетиков Е.Н.Имянитова и Л.Н.Любченко, изучавших подобных пациенток в центральной части России.

– Выявление наиболее частых мутаций дает возможность оптимизировать поиск и дальнейшее наблюдение таких больных, – продолжает Н.Чердынцева.

– Не надо делать больших тестовых панелей, достаточно определить ведущую мутацию, частота встречаемости которой достигала бы 70% от всех мутаций в изучаемых популяциях. Но там, где таких распространенных мутаций нет, как, например, у представителей коренных сибирских народов, возникают трудности. Сейчас наша задача – найти семьи с отягощенным онкологическим анамнезом, чтобы повысить вероятность выявления клинически значимых генетических нарушений.

Мы планируем дополнительный сбор биообразцов на определенных территориях, где проживают представители вовлеченных в исследование этнических групп, и одновременное проведение тематических семинаров по наследственным ракам для онкологов региона с привлечением ведущих специалистов-онкологов и генетиков. В процессе выполнения проекта мы собираемся проанализировать с помощью РНК-секвенирования, какие конкретно функции генов нарушаются, чтобы понимать более тонкие механизмы развития заболевания для создания эффективных терапевтических подходов.

Как локализовать опухоль

«Поиск» уже писал о том, что в 2018 году впервые в мире исследовательская группа из лаборатории молекулярной онкологии и иммунологии и отделения общей и молекулярной патологии НИИ онкологии разработала методику сохранения целостности мРНК в срезах опухолевой ткани при иммуногистохимическом окрашивании с целью последующего секвенирования. Теперь томские генетики могут прицельно выделять отдельные клетки из конкретных участков опухоли и смотреть их генетические характеристики. Работа одного из руководителей исследовательской группы – кандидата биологических наук Евгения Денисова – была по достоинству оценена Министерством науки и высшего образования РФ. Недавно Евгений Владимирович выиграл федеральный конкурс на поддержку молодежных лабораторий, и в данный момент под его руководством в НИИ онкологии создана лаборатория биологии опухолевой прогрессии.

Акцент будет сделан на поиск и изучение механизмов гематогенного метастазирования онкологических заболеваний и, соответственно, разработку возможных алгоритмов его предотвращения, – рассказывает Е.Денисов.

– Это главная цель всей онкологической науки, поскольку метастазирование – причина гибели наших пациентов. В отличие от проекта по поиску этноспецифических мутаций, где полученные данные согласуются с зарубежными исследованиями, тематика нашего проекта «Генетические нарушения, вовлеченные в опухолевую инвазию, и их роль в развитии рака молочной железы», (грант РФФИ №18-515-16002) более, так сказать, спорная в силу новизны.

Опухолевая инвазия (проникновение раковых клеток в соседние ткани) – первый шаг к метастазированию. В «норме» опухолевые клетки двигаться не умеют. Как принято считать, что-то происходит на эпигенетическом уровне, после чего идет перестройка генома клетки, активируются гены, кодирующие специфические – моторные – белки, и клетки начинают покидать опухоль и выходить в кровоток.

Учитывая, насколько много генетических мутаций наличествует в опухолевой ткани, мы выдвинули гипотезу, что структурные генетические нарушения тоже могут влиять на приобретение раковыми клетками способности к движению, и решили исследовать проблему самыми современными методами. К запуску проекта имелись многочисленные предпосылки: во-первых, благодаря титаническим усилиям дирекции за последние годы нас великолепно оснастили. Парку оборудования НИИ онкологии Томского НИМЦ многие коллеги могли бы позавидовать. К сожалению, замедляет работу и приводит к простою высокопроизводительного оборудования введенное с этого года правило закупки реактивов по тендеру, даже если речь идет о грантах РНФ.

Тем не менее мы можем проводить высокопроизводительное секвенирование конкретных генов, транскриптома, экзома и генома. Нам удалось применить секвенирование для изучения генетических и транскрипционных особенностей клеток, несущих определенные атипические различия, – мы их выделяем с помощью лазерного диссектора и затем секвенируем, применяя нашу методику «деликатной окраски», которую за последние месяцы удалось усовершенствовать. Во-вторых, смогли приобрести прибор, позволяющий сканировать единичные клетки, и в июне мы совместно с Томским государственным университетом организовали уникальную школу по секвенированию единичных клеток, убедившись, что у нас в руках самая современная технология. Пос­ле школы удалось впервые провести эксперимент и получить тот материал, который в дальнейшем можем секвенировать. В-третьих, мы уже пытались разобраться с феноменом опухолевой инвазии в рамках гранта РНФ на поддержку малых научных групп (№14-15-00318).

В ходе реализации этого гранта был налажен контакт с профессором Алексисом Готро из École Polytechnique (Париж), который теперь стал соисполнителем по проекту РФФИ. И, наконец, патоморфологическая группа под руководством замечательного ученого, идейного вдохновителя многих наших работ профессора Владимира Михайловича Перельмутера смогла предоставить нам уникальный материал для изучения. Набраны биологические образцы двух типов опухолей молочной железы. У первого типа морфология опухолевой ткани представлена только единичными клетками, которые, как мы полагаем, оторвались от основного массива и пришли в движение. Второй – многоклеточные скопления опухолевых клеток, то есть структуры, в которых клетки находятся в связанном состоянии и, соответственно, неспособны к движению. Мы провели секвенирование экзома (кодирующая часть генома) этих двух типов опухолей.

Удалось установить, что у опухолей с единичными клетками чаще мутируют гены, в норме ингибирующие движение клеток. Если эти гены подавляются, активируется молекулярная машина, запускающая движение клетки. Чтобы проверить нашу гипотезу, молодой сотрудник новой лаборатории Никита Новиков едет в Париж на трехмесячную стажировку к профессору А.Готро, где попытается методами генной инженерии, включая технологию CRISPR/Cas9, нокаутировать определенные гены в клеточной культуре и посмотреть, что будет происходить с клетками. Мы считаем, что как только произойдет нокаутирование гена, клетки придут в движение. Если наше предположение подтвердится, можно будет, используя современные методы вирусной доставки, попытаться «отремонтировать» злополучный ген и «выключить» тем самым опухолевую инвазию еще на старте.

У нашего французского коллеги профессора А.Готро есть идея более революционного эксперимента – он хочет воспроизвести in vitro, на клетках культуры весь процесс образования опухоли. Зная ключевые мутации, найденные нами в опухолевой ткани, он попытается ввести их одну за другой в нормальные клетки, чего пока никто в мире не делал, хотя современные методы это позволяют. Хочу подчеркнуть, что подобные фундаментальные исследования имеют прямой выход в практическую медицину: научимся «выключать» инвазию – сумеем локализовать опухоль и предотвратить развитие метастазирования. Насколько я знаю, профессор А.Готро в сотрудничестве с МФТИ уже разрабатывает первые лекарственные препараты, направленные на подавление инвазии путем воздействия на определенные белки.

Когда речь идет о медицине, особенно хочется, чтобы путь от фундаментальных исследований в клиническую практику был как можно короче. И в лабораториях НИИ онкологии сегодня делают многое для совершенствования отечественных стратегий профилактики, диагностики и лечения рака.

Ольга Колесова

Читать также:

В Сеченовском университете придумали, как определять рак по капле крови

Генетику – в массы! «Ночь ДНК» удивила результатами

Нет комментариев