У рака много лиц - неудивительно, что и спектр вызывающих рак мутаций огромен. Совокупность таких геномных изменений в организме человека эксперты называют "мутационным ландшафтом". Эти ландшафты отличаются друг от друга в зависимости от типа рака. И даже у людей, страдающих одним и тем же раком, часто наблюдаются различные мутации.

Исследователи уже составили каталог мутационных ландшафтов многочисленных типов рака. Было показано, что на соматические структурные варианты (ССВ) приходится более половины всех мутаций, вызывающих рак. Это те мутации в клетках, которые возникают в течение жизни - например, когда ошибки копирования вкрадываются в ДНК во время деления клетки - и таким образом изменяют структуру хромосом.

Они не наследуются и обнаруживаются только в пораженных клетках и в их дочерних клетках. С возрастом такие геномные изменения становятся все более многочисленными, и мутационный ландшафт человека все больше напоминает уникальную мозаику.

Хотя соматические ЗВ играют решающую роль в развитии рака, о них известно относительно мало. "Не хватает методов анализа их влияния на функции клеток", - объясняет доктор Эшли Сандерс, руководитель лаборатории стабильности генома и соматического мозаицизма в Центре Макса Дельбрюка. Ситуация меняется благодаря результатам нового исследования, которые Сандерс недавно опубликовала в журнале Nature Biotechnology вместе с Европейской лабораторией молекулярной биологии (EMBL).

"Мы разработали метод вычислительного анализа для обнаружения и идентификации функциональных эффектов соматических SV", - сообщает она. Это позволило команде понять молекулярные последствия отдельных соматических мутаций у разных пациентов с лейкемией, что дало им новое представление о специфических для мутаций изменениях. Сандерс говорит, что эти результаты можно использовать для разработки терапии, направленной на мутировавшие клетки, добавляя, что "они открывают новые захватывающие возможности для персонализированной медицины".
Еще более детальные, чем обычные одноклеточные анализы

Их расчеты основаны на данных Strand-seq - специального метода секвенирования одноклеточных, в разработке которого Сандерс сыграл важную роль и который был впервые представлен научному сообществу в 2012 году. Этот метод позволяет исследовать геном клетки гораздо более детально, чем обычные технологии секвенирования одиночных клеток.

Благодаря сложному экспериментальному протоколу метод Strand-seq может независимо анализировать две родительские нити ДНК (одну от отца и одну от матери). С помощью обычных методов секвенирования различить такие гомологи - хромосомы, которые похожи по форме и структуре, но не идентичны - практически невозможно.

"Разрешая отдельные гомологи внутри клетки, соматические SV можно идентифицировать гораздо лучше, чем с помощью других методов", - объясняет Сандерс. Подход, используемый для этого, был описан исследовательницей и ее коллегами в статье, которая появилась в журнале Nature Biotechnology в 2020 году.

Исследовательская группа является частью совместного исследовательского направления "Одноклеточные подходы для персонализированной медицины" Берлинского института здоровья Шарите (BIH), Берлинского университета Шарите и Центра Макса Дельбрюка.

Основываясь на этой работе, они теперь могут также определить положение нуклеосом в каждой клетке. Нуклеосомы представляют собой единицы ДНК, обернутые вокруг белковых комплексов, называемых гистонами, и играют решающую роль в организации хромосом. Положение нуклеосом может меняться во время экспрессии генов, причем тип обертывания показывает, активен ген или нет. Сандерс и ее коллеги разработали самообучающийся алгоритм для сравнения генной активности клеток пациентов с соматическими SV-мутациями и без них, что позволило им определить молекулярное влияние структурных вариантов.
Новые мишени для лечения рака

"Теперь мы можем взять образец у пациента, найти мутации, которые привели к заболеванию, а также изучить сигнальные пути, которые нарушают вызывающие болезнь мутации", - объясняет Сандерс. Например, команда смогла выявить редкую, но очень агрессивную мутацию у пациента с лейкемией. Анализ нуклеосом дал исследователям информацию о задействованных сигнальных путях, которую они использовали для специфического подавления роста клеток, содержащих мутацию.

"Это означает, что один тест говорит нам что-то о клеточных механизмах, участвующих в образовании рака", - говорит Сандерс. "В конечном итоге мы сможем использовать эти знания для разработки персонализированных методов лечения, ориентируясь на уникальное состояние каждого пациента".