Дослідники з британського Інституту Сенгера виявили на молекулах ДНК ракових клітин специфічні «відбитки», які з'являються в результаті мутацій.
Клітини в організмі мають складну генетичну систему контролю власного росту, ділення і диференціювання. У разі порушення в цій системі клітина здійснює апоптоз - програмоване самогубство. Однак якщо апоптоз не відбувається, клітина може почати безконтрольно ділитися, і в цьому випадку виникає злоякісна пухлина; у разі раку безконтрольно діляться клітини епітелію органів. Таким чином, ракові пухлини є результатом мутацій, змін, що відбуваються в геномі клітин. Це можуть бути помилки, що виникли при реплікації (подвоєнні), неправильній репарації (лагодженні) ДНК, а також вплив зовнішніх мутагенних факторів (наприклад, опромінення).
В останні 25 років отримано багато інформації про окремі мутації і неправильні гени, що працюють в пухлинах людини. Однак сучасні досягнення в технологіях секвенування (розшифровки) дозволяють отримати повну ДНК-послідовність ракових геномів і таким чином виявляти тисячі соматичних мутацій в окремому зразку ракової пухлини.
Цим і займається спільнота вчених, які працюють за проектом Cancer Genome (Геном раку) в Інституті Сенгера (Великобританія) і низці інших інститутів по всьому світу. У середині серпня 2013 року в журналі Nature була опублікована стаття «Signatures of mutational processes in human cancer» (Сигнатури мутаційних процесів при раку людини), що розповідає про деякі результати з вивчення геному раку.
З нуклеотидами в послідовності ДНК можуть відбуватися наступні події: заміни, вставки, делеції (видалення), перестановки. Різні види раку залишають у геномі мутаційні сигнатури - комбінації різних типів мутацій. Команда вчених розробила алгоритм пошуку цих сигнатур на основі зіставлення здорового і ракового геному однієї людини.
Було проаналізовано 7 042 геномів з каталогу мутацій з 30 найпоширенішими видами раку (печінки, товстого кишечника, молочної залози тощо). Цей аналіз дозволив виявити понад 20 мутаційних сигнатур.
Знайдені сигнатури виявилися по-різному поширені в різних видах раку. У геномах раку печінки, шлунка та шийки матки виявлено по шість різних мутаційних сигнатур. В середньому ж, в кожному вигляді раку зустрічається по дві мутаційні сигнатури. Самі сигнатури значно розрізняються за частотою зустрічності. Наприклад, сигнатура № 1B була присутня в 19 видах раку з 30, тоді як сигнатури № 18-21 зустрілися тільки в одному виді раку (див. рис.).
Відомо, наприклад, що тютюновий дим може бути причиною тих мутацій у бронхіальному епітелії, які ведуть до раку легких (тютюновий дим містить понад 60 відомих канцерогенів Tobacco carcinogens, their biomarkers and tobacco-induced cancer//Stephen S. HechtNature Reviews (caner)10.1038/nrc1190). Або, що ультрафіолет може викликати мутації в шкірному епітелії, що ведуть до раку шкіри. Однак для більшості видів раку його вихідні біологічні процеси досі невідомі.
"Ми визначили більшість мутаційних сигнатур, які пояснюють генетичні перетворення та історію розвитку раку у пацієнтів, - каже Людмил Александров, перший автор статті, опублікованої в Nature. - Зараз ми починаємо розбиратися в складних біологічних процесах, що відбуваються з плином часу і створюють мутаційні сигнатури в ракових геномах ".
Так, вже було з'ясовано, що сигнатури 1A і 1B (див. рис.), присутні в 25 видах раку, корелюють з віком пацієнтів, тобто з великою часткою ймовірності поява цих сигнатур - наслідок старіння організму. Для раку підшлункової залози, молочної залози, яєчника знайдені сигнатури, що з'являються внаслідок дефектів репарації ДНК через мутації в генах-супресорах BRCA 1 і 2.
Так само описана мутаційна структура в геномі раку молочної залози. Окремі регіони геному просто наповнені мутаціями, і це явище, яке дослідники назвали катиг (kataegis - від греч. шторм, гроза), присутнє майже у всіх видах раку.
"За допомогою детального аналізу ми можемо отримати величезну кількість інформації, приховану в раковому геномі, таким чином просунутися в розумінні того, як і чому рак виникає, - каже доктор Серена Нік-Зайнал, один з авторів статті. - Наша карта подій, які провокують рак у людей, - важливий крок у розумінні процесів канцерогенезу ".
«Ми відкрили» археологічні «сліди різних мутацій, що відбуваються в геномі, які ведуть до утворення багатьох видів раку», - зазначає професор сер Майк Страттон, провідний автор статті і директор Інституту Сенгера. На його думку, виявлений набір мутаційних сигнатур і подальше дослідження причин мутаційних процесів дозволять просунутися в питаннях лікування і запобігання раку.