Назад
Внеклеточная циркулирующая в крови ДНК (cfDNA) была обнаружена еще в конце 1940-х годов.
Благодаря быстрому развитию геномики и вычислительной аналитики всего за несколько последних лет, исследователи из Джорджтаунского комплексного онкологического центра имени Ломбарди считают, что изучение меток или модификаций этого типа ДНК может привести к лучшему пониманию того, как оценить и, возможно, изменить подходы к лечению рака и других заболеваний. Их точка зрения, основанная на обзоре исследований, проведенных на сегодняшний день, появилась в журнале Frontiers in Genetics.
Во время гибели клеток, которая является нормальной частью регенерации тканей, cfDNA вымывается из тканей. Выделенная cfDNA может быть изолирована из образца крови, что позволяет получить данные о гибели клеток по всему организму как нормальных, так и раковых клеток без необходимости брать инвазивно образцы биопсии.
"Взятие биопсии опухолевой ткани - это процесс, который не дает точного представления о всей опухоли или ее распространении", - говорит Антон Вельштейн автор-корреспондент данной статьи. "Использование крови или жидких биопсий, с другой стороны, позволяет получить целостное представление о cfDNA, которая выделяется из всех типов клеток".
Ученые отмечают, что короткие фрагменты ДНК и химические модификации этих фрагментов, известные как метильные группы, помогают исследователям определить, из какого типа клеток произошел соответствующий фрагмент ДНК, поскольку эти паттерны метилирования уникальны для конкретных типов клеток. Используя cfDNA для сравнения поврежденных клеток в результате различных форм лечения с неповрежденными нормальными клетками из той же ткани, исследователи могут проанализировать множество данных о том, как клетки в ткани подвергаются воздействию терапии и других внешних факторов. Эти знания могут стать ключевыми в оценке эффективности терапии и возможных негативных последствий.
"Тонкая настройка этих приложений анализа cfDNA сложна и требует глубоких подходов, как на уровне секвенирования генома, так и вычислительных", - объясняет Меган Барефут, ведущий автор статьи. "Метилированная cfDNA открыла новый и минимально инвазивный способ обнаружения повреждений клеток в организме, поскольку на одну клетку часто приходятся сотни метиловых маркеров, которые могут очень точно определить, откуда взялись клетки, подобно тому, как сканер штрих-кода на кассе сообщает магазину о принадлежности конкретного продукта".
"Совместные биологические и вычислительные анализы позволяют расшифровать эти паттерны метилирования/молекулярные штрих-коды, чтобы исследователи могли проследить происхождение cfDNA".
Конечный результат этих анализов помогает исследователям определить источник происхождения рака, а также позволяет, сравнивая поврежденные клетки со здоровыми, понять, где возникло повреждение, особенно если оно было вызвано определенным видом терапии.
"Этот подход может быть применен к любой терапии, которая влияет на тканевое равновесие, вызывая повреждение и гибель клеток в тканях, включая химиотерапию, радиацию и иммунотерапию. Этот обзор действительно помогает заложить основу для наших будущих исследований", - заключает Вельштейн. "Моя лаборатория активно работает над методами и технологиями, которые позволят еще больше усовершенствовать анализ метилированной cfDNA. Мы считаем, что эти усилия доступны и скоро станут стандартом в лабораториях, и они должны внести свой вклад в понимание и лечение многих видов рака".
Megan E. Barefoot et al. Выявление типов клеток, способствующих развитию рака, по циркулирующей, внеклеточной метилированной ДНК (аннотация).
Выявление клеточных изменений в биоптатах тканей стало основой для диагностики рака. Однако биопсия тканей инвазивна и ограничена неточностями, связанными с местом взятия проб, ограниченной частотой взятия проб и плохим отображением неоднородности тканей. Жидкостные биопсии становятся дополнительным подходом к традиционным биопсиям тканей для выявления динамических изменений в конкретных клеточных популяциях. Фрагменты внеклеточной ДНК (cfDNA), попавшие в кровоток из отмирающих клеток, могут быть отслежены до тканей и типов клеток, из которых они произошли, с помощью метилирования ДНК - эпигенетического регуляторного механизма, который в значительной степени зависит от типа клеток.
Расшифровка изменений в клеточном происхождении cfDNA может выявить изменения в гомеостазе тканей хозяина, вызванные местной инвазией рака и метастатическим распространением в отдаленные органы, а также реакцию на лечение. Помимо cfDNA, полученной от хозяина, изменения в раковых клетках могут быть обнаружены по внеклеточной циркулирующей опухолевой ДНК (ctDNA) путем мониторинга мутаций ДНК, переносимых раковыми клетками. В данном обзоре мы обсудим вычислительные подходы к выявлению и проверке надежных биомаркеров изменения тканевого гомеостаза с помощью внеклеточной метилированной ДНК в циркуляции. Мы обратим внимание на исследования, в которых проводится полногеномное профилирование метилирования cfDNA, а также на исследования, в которых сочетаются генетические и эпигенетические маркеры для дальнейшего выявления сигнатур, специфичных для конкретного типа клеток. Наконец, мы обсуждаем возможности и существующие ограничения этих подходов для применения в клинической онкологии.
