Ученые из Детской исследовательской больницы Св. Джуда описали сети регуляции генов, способствующие различиям между подтипами наиболее распространенного детского рака — острого лимфобластного лейкоза (ОЛЛ). В ходе работы исследовался хроматин, упаковка, которая уплотняет ДНК, в группе образцов пациентов, в шесть раз большей, чем все предыдущие попытки. Результаты служат ценным ресурсом, позволяющим лучше понять, почему результаты лечения пациентов различаются, и в конечном итоге улучшить лечение. Результаты были опубликованы сегодня в журнале Cell Genomics.
«Мы хотели понять, чем ВСЕ подтипы отличаются друг от друга на геномном уровне, и ответить на вопрос, что делает лейкозную клетку лейкемической, а не здоровой клеткой?» сказал автор-корреспондент Дэниел Савич, доктор философии, Департамент фармации и фармацевтических наук Сент-Джуда. «Для этого мы нанесли на карту активность некодирующих молекулярных переключателей, которые контролируют экспрессию генов и способствуют формированию сетей регуляции генов в опухолевых клетках пациентов , и сравнили их со здоровыми клетками».
Большинство исследований рака сосредоточено на мутациях, которые происходят в «кодирующей» части генома — менее 2% человеческой ДНК, содержащей гены . Однако «некодирующая» часть генома, составляющая оставшиеся 98%, также важна и содержит инструкции по контролю над тем, как и когда экспрессируются гены. Предыдущие исследования показали, что нарушения белков, которые влияют на некодирующую часть генома, распространены при некоторых типах рака.
Поэтому группа Сент-Джуда исследовала некодирующий геном, чтобы понять, что делает раковую клетку раковой клеткой. Для этого ученые измерили доступность хроматина — упаковки, которая уплотняет ДНК в ядре клетки. Это определяет, какие фрагменты ДНК доступны для чтения в конкретной раковой клетке. Эти наборы инструкций ДНК и генов, доступные раковой клетке, известные как сети генной регуляции, являются ключом к пониманию идентичности рака и, возможно, его слабостей.
«Некоторые подтипы ОЛЛ плохо реагируют на современные методы лечения, и во многих случаях мы не понимаем, почему», — добавил Савич. «Этот ресурс можно использовать для выявления основных регуляторных различий генов, играющих роль в этих гетерогенных ответах на лечение. Принимая во внимание эти изменения в сетях генной регуляции, в будущем мы теоретически могли бы модифицировать или создавать терапевтические средства для более эффективного лечения каждого подтипа.»
Доступность хроматина: «окно в геном».
Хроматин относится к ДНК и белкам, которые помогают эффективно организовывать и упаковывать наш генетический материал. Когда хроматин закрыт, он предотвращает экспрессию генов. Когда хроматин открыт, он делает ДНК более доступной для экспрессии генов и позволяет ДНК создавать трехмерные структуры, регулирующие эту экспрессию. Экспрессия генов — это процесс использования информации, содержащейся в фрагменте ДНК, гене, для создания функционального продукта, такого как белок.
Группа из Сент-Джуда оценила, насколько открытым или закрытым был хроматин – его доступность – в некодирующем геноме в 156 образцах педиатрической лейкемии. Изучение доступного хроматина и находящихся в нем молекулярных переключателей или инструкций дало исследователям представление о сложных сетях регуляции генов , которые определяют тип клеток, включая здоровые и раковые клетки.
«Доступность хроматина — это окно в геном», — сказала первый автор Келли Барнетт, доктор философии, Департамент фармации и фармацевтических наук Сент-Джуда. «Несмотря на то, что геном огромен, 3 миллиарда пар оснований, мы сузили круг областей, на которые важно обратить внимание, чтобы понять ОЛЛ у детей».
Представьте себе геном человека как большой дом с окнами. Некоторые окна полностью закрыты, а другие полностью открыты. Открытые окна позволяют людям (факторам транскрипции) внутри вносить изменения; закрытые окна не пропускают людей.
Анализ доступности хроматина смотрит на то, какие окна открыты и позволяют людям войти — места генома, которые открыты, активны и связаны факторами транскрипции. Исследователи обнаружили тысячи открытых окон, документирующих различия между здоровыми и раковыми клетками и, что, возможно, более важно, между ВСЕМИ подтипами.
Обнаружение следов транскрипционных факторов во ВСЕХ
Результаты также включали всесторонний анализ влияния факторов транскрипции или белков, участвующих в экспрессии генов, путем включения или выключения определенных генов. Эти следы являются предсказанными местами, где белки, регулирующие экспрессию генов , вероятно, будут связываться с открытым хроматином. Важно отметить, что команда из Сент-Джуда обнаружила, что характер связывания факторов транскрипции различается между подтипами, предлагая еще один способ понять тонкие различия в регуляции генов при подтипах рака.
Исследователи обнаружили, что изучение доступности хроматина и следов факторов транскрипции, объединенных всего лишь из 156 образцов пациентов, определяющих, какие окна были открыты, можно использовать для прогнозирования подтипа лейкемии с точностью 89%.
Традиционные методы, такие как секвенирование РНК на основе тысяч образцов, имеют точность прогнозирования 91%, что позволяет предположить, что этот новый подход может улучшить идентификацию подтипа и, следовательно, подходы к лечению с более крупными размерами выборок или в сочетании с традиционными подходами к секвенированию РНК.
Превосходные образцы достигают превосходных результатов
Карты, созданные учеными, считаются высочайшего качества и созданы на основе образцов, которые являются золотым стандартом в исследованиях. Группа использовала биопсии раковых опухолей, взятые у пациентов, которые как можно быстрее доставлялись в лабораторию. Эти свежие образцы более репрезентативны для ВСЕХ, чем клеточные линии, использованные в более ранних исследованиях.
«Этот большой объем данных, полученный непосредственно из образцов пациентов, очень ценен для этой области», — сказал Барнетт. «Существует серьезный пробел в наборах эпигеномных данных, таких как карты доступности хроматина, полученные из прямых образцов пациентов. Это исследование — наша попытка заполнить этот пробел и предоставить полезный ресурс для научного сообщества».
Теги: дети, кровь
