При исследовании онкологических заболеваний ученые, как правило, ищут онкогены, «прочесывая» весь геном на предмет измененных последовательностей – или мутаций – в ДНК. Однако в ходе нового исследования они обнаружили, что так называемые «прыгающие» гены, которые обычно остаются незаметными при обычном секвенировании, также способствуют росту опухолей.
Команда ученых из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури, установили, что «прыгающие» гены имеют широкую распространенность при раке и стимулируют рост опухоли, позволяя онкогенам оставаться во включенном состоянии. Они проанализировали почти восемь тысяч образцов опухолевой ткани пятнадцати разных видов рака и обнаружили около полутора сотен «прыгающих» генов, которые могут способствовать росту опухоли за счет влияния на 106 разных онкогенов.
По словам ученых, «прыгающие» гены работали в роли своего рода невидимых включателей почти в 4 000 образцах опухолевой ткани, которые они проанализировали. Эти образцы были взяты со злокачественных новообразований молочной железы, толстого кишечника, легкого, кожи, предстательной железы, головного мозга и др. Детали своей работы и ключевые выводы они описали в статье, которую опубликовало авторитетное научное издание Nature Genetics.
Определив «прыгающие» гены как потенциальные генетические мишени, ученые заложили основу для поиска новых видов противоракового лечения. «Если вы проводите обычное секвенирование генома в поисках генных мутаций, стимулирующих развитие рака, вы не найдете «прыгающие» гены», – говорит Тин Вонг, профессор медицины кафедры генетики Вашингтонского университета.
Разнообразие генетических аспектов
Онкологическое заболевание развивается, когда генетические инструкции, которые регулируют функционирование клеток, в частности процесс их созревания и деления, подвергаются определенным изменениям. Некоторые генетические модификации, вызывающие рак, видоизменяют естественные ограничители роста клеток, другие могут нарушать структуру и функционирование протеинов, которые регулируют работу клеток и поддерживают их в хорошем состоянии.
Генетические модификации, потенциально способные спровоцировать развитие рака, могут передаваться от родителей к детям. Они также могут возникнуть в течение жизни человека, например, в процессе активного деления клеток или в ответ на воздействие ультрафиолетового излучения, канцерогенов из табачного дыма или других внешних факторов. Генетические изменения бывают разных типов, отмечают ученые. Некоторые влияют только на один структурный элемент ДНК, в то время как другие могут копировать, упускать или тасовать длинные последовательности структурных звеньев.
Кроме того, генетические модификации могут провоцировать развитие рака, изменяя не саму ДНК, а ее способность производить нужные инструкции. Этот тип изменений называют эпигенетическими. Чаще всего это происходит через своеобразные химические метки, которые прикрепляются к ДНК.
Иметь генетические изменения абсолютно нормально для клеток, даже для здоровых, однако в злокачественных клетках, как правило, присутствует гораздо больше таких мутаций. Опухоль каждого отдельного взятого человека будет иметь свои собственные, характерные только для нее, генетические модификации, и даже в одной и той же опухолевой массе разные клетки могут иметь разные генетические характеристики.
«Прыгающие» гены – новый фактор развития онкологии
«Прыгающие» гены, которые также называются транспозонами, или мобильными генетическими элементами, это повторяющиеся участки ДНК, способные самостоятельно перемещаться в пределах генома. Они имеют разные форму и структуру, поэтому, чтобы изучить их, исследователям требуются специальные инструменты. Благодаря усовершенствованным методам и технологиям ученые теперь знают, что «прыгающие» гены проявляют высокую активность в геноме и что, по всей видимости, их следует учитывать при изучении самых разных заболеваний, не только рака.
В настоящее время ученые пытаются понять, каким образом «прыгающие» гены в ходе эволюции попали в геном. Некоторые полагают, что это произошло благодаря вирусной инфекции. Ранние исследования продемонстрировали, что определенные элементы внутри «прыгающих» генов могут оказывать влияние на экспрессию онкогенов – генов, способствующих развитию рака. Однако они не изучали, каким именно образом это происходит и насколько активными они могут быть при разных видах онкологии.
Профессор Вонг и его команда решили найти ответы на эти вопросы, используя образцы опухолей из программы «Атлас ракового генома» (проект, целью которого является систематизация данных о генетических мутациях, которые приводят к возникновению рака). Они установили, что «прыгающие» гены присутствуют во многих видах злокачественных опухолей, для которых характерен усиленный рост. Оказалось, что в агрессивных видах рака «прыгающие» гены ведут себя как «тайные переключатели», которые активируют гены, связанные с возникновением опухолей, которые обычно никак себя не проявляют, – и сохраняют их во включенном состоянии.
«Прыгающие» гены различаются в зависимости от типа рака
Важным открытием стало не только то, что «прыгающие» гены распространены при заболевании раком, но и то, что характер их присутствия и влияния варьируется в зависимости от типа опухоли. К примеру, исследователи установили, что 12% изученных ими образцов глиомы – одного из самых агрессивных видов опухолей головного мозга – содержат по крайней мере один «прыгающий» ген, а вот в случае с раком легкого, который называют плоскоклеточным раком, такие гены обнаружились в 87% образцах.
«В одних видах рака «прыгающие» гены играют более важную роль по сравнению с другими, однако в целом мы установили, что минимум один из них активирует онкоген в половине всех изученных нами опухолей», – объясняет профессор Вонг. Он предполагает, что эта информация поможет врачам решить, стоит ли проводить «более агрессивное лечение» определенных видов рака. «Результаты нашей работы также открывают дополнительные возможности для разработки новых методов лечения онкологических заболеваний», – добавляет он.
Еще одно важное открытие, которое сделали ученые, заключается в том, что «прыгающие гены», работающие как тайные переключатели, превалировали в тех видах опухолей, чья форма ДНК была открытой. Геном обычно хранит ДНК плотно закрытой. ДНК открытой формы, по всей вероятности, утрачивают часть своих функций. «Многое из того, что делают мобильные генетические элементы в нашем геноме, до сих пор остается загадкой. Это исследование дает первое подробное описание той важной роли, которую они играют при развитии рака», – заключает профессор Тин Вонг.
