Новый шаг в оценке риска возникновения рака кишечника

Работа новосибирских генетиков дает более полную картину реализации информации. зашифрованной в ДНК

Общеизвестно, что все люди как представители одного биологического вида обладают общим набором генов, записанным в нашей ДНК – макромолекуле, состоящей из миллиардов звеньев — нуклеотидов. Наборы генов в принципе мало различаются даже у представителей различных видов. А разными, с биологической точки зрения, нас скорее всего делают крошечные (размером в один нуклеотид) замены в ДНК — полиморфизмы или single nucleotide polymorphism (SNP).

К настоящему времени, лучше всего описаны последствия полиморфизмов, находящихся в так называемой кодирующей части ДНК (непосредственно отвечающей за образование белков). Однако, такие участки занимают около 1%, а большая часть цепочки ДНК приходится на некодирующие участки. Еще недавно их называли «мусорная ДНК», и до сих пор точно не определено, какую именно функцию выполняет основная масса входящих в нее нуклеотидов. Впрочем, исследования показали, что в некодирующей области ДНК есть большое количество регуляторных участков, которые могут «включать» и «выключать» различные гены по мере надобности. По современным представлениям SNP расположенные в таких регуляторных участках (или регуляторные SNP), могут контролировать уровень экспрессии генов и вносят самый большой вклад в увеличение риска развития серьезных заболеваний. Поэтому в настоящее время интерес к поиску таких регуляторных SNP заметно вырос, особенно c развитием новых технологий масштабного секвенирования (next-generation sequencing).

На протяжении довольно долгого времени поиск таких регуляторных замен в ДНК велся преимущественно в рамках биоинформатического подхода — с помощью компьютерного моделирования, предсказывающего возможное месторасположение полиморфизмов в цепочке ДНК. Обычно такие предсказания в дальнейшем экспериментально подтверждаются, но способ поиска не дает гарантии, что найденные полиморфизмы будут иметь какое-то функциональное значение в живых организмах. Точно таким же недостатком обладает другой широко распространенный метод генетических исследований, GWAS, целью которого является поиск статистической связи между однонуклеотидными полиморфизмами и сложными болезнями с использованием больших выборок пациентов.

В последние годы стал развиваться другой подход: поиск регуляторных замен в ДНК «от функции», когда изначально изучаются реальные данные так называемых полногеномных экспериментов по прочтению последовательности ДНК и, одновременно, по экспрессии генов в этом же организме или типе клеток.  Это стало возможным благодаря тому, что появилось достаточно много расшифрованных геномов, объединенных в базы с открытым доступом, и это позволяет исследователям работать сразу с несколькими наборами клеточных линий.

Сейчас сразу несколько научных коллективов по всему миру ведут работу в таком формате, используя при этом свои пути для получения и последующего анализа информации. Одна из таких групп работает в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». У метода, разработанного новосибирскими генетиками есть свои особенности. Во-первых, они использовали для анализа больший набор экспериментальных данных по различным клеточным линиям человека, полученный с помощью нескольких масштабных методов для каждой клеточной линии – ChIP-Seq (для прочтения именно регуляторной части ДНК), RNA-Seq (для поиска генов, изменивших свою экспрессию), и ChIA-PET (для определения тех участков ДНК, которые могут физически взаимодействовать между собой). Для того, чтобы анализировать большое количество разнородных данных применили собственные компьютерные алгоритмы. И, в результате, сумели найти новые потенциально регуляторные замены в ДНК, а также для большого количества таких замен — гены, удаленные от самого SNP в ДНК, но возможно, попадающие под его влияние. Определить такие удаленные гены-мишени – достаточно сложная задача, обычно объектом изучения становятся соседние с SNP гены. Новосибирскими учеными был составлен список из полутора тысяч потенциально регуляторных полиморфизмов и соответствующих им генов-мишеней.

– Чтобы экспериментально подтвердить функциональность найденных SNP, надо для начала определить, с какими изменениями в фенотипе или здоровье человека та или иная замена может быть связана, — отмечает научный сотрудник лаборатории регуляции экспрессии генов ФИЦ ИЦИГ СО РАН, к.б.н. Елена Корболина. – У нас был получен доступ к довольно обширной базе просеквенированных тканей пациентов с диагнозом рак толстого кишечника. Так что мы в первую очередь выбрали из общего списка те полиморфизмы, варианты которых чаще встречались у больных колоректальным раком, чем в среднем в популяции.

В результате, исследователям удалось найти несколько десятков регуляторных SNP, потенциально имеющих функциональное значение в процессах возникновения и развития этого заболевания. Причем, речь не идет о соматических мутациях (тех, что могут возникнуть в течение жизни и часто служат «спусковым крючком» для онкологии). Такая информация в дальнейшем позволит выстраивать более точную модель генетических механизмов зарождения злокачественной опухоли, что, в свою очередь, необходимо для более точной оценки рисков угрозы ее появления у конкретного пациента. А в более отдаленной перспективе – и к выработке эффективных способов предотвратить проявление онкологического заболевания.

Впрочем, это уже работа для специалистов в области медицинской генетики и персонифицированной медицины. А коллектив, в который входит Елена Корболина, продолжает работу по дальнейшему расширению списка функциональных полиморфизмов ДНК, так или иначе влияющих на здоровье человека.