Генетика

Молекулярная генетика

В мире все активнее развивается "индустрия" тестов, выявляющих в нашем организме поврежденные гены - вероятные факторы развития рака и других тяжелых заболеваний.

Каковы научные основы разработки таких методов диагностики, чем уже сегодня они полезны пациентам, рассказал корреспонденту Александру Рылову профессор Дмитрий Залетаев.

- Дмитрий Владимирович, с "поломками" генов сегодня связывают причины все большего числа недугов. Мы стоим на пороге новой эры в медицине ?

- Увы, нет. Вспомним: между открытием микроорганизмов и началом широкого применения антибиотиков прошло без малого 80 лет. А структуру ДН К расшифровали около полувека назад, но пока ни одну болезнь нельзя вылечить на основе "ремонта" дефектных генов. К тому же почти все практические успехи на этом пути пока относятся к диагностике, причем в области онкологии.

- Почему так получилось?

- Исследование молекулярно-биологических предпосылок формирования рака становится все более актуальной проблемой, не только медицинской, но и социальной. Фактически нет семьи, которая не столкнулась бы с той или иной его формой. И если частота основных сердечно-сосудистых заболеваний повсеместно постепенно стабилизируется, то распространенность онкологических демонстрирует заметный рост.

Например, количество случаев возникновения меланомы за последние 60 лет в мире увеличилось почти в 20 раз, а злокачественной опухоли молочной железы ежегодно повышается на 1,2%. "Рекордсмены" же по численности - аналогичные патологии, возникающие в легких, яичниках, желудочно-кишечном тракте (подчеркну: последнее время даже у людей молодого и среднего возраста). Они обусловлены и неблагоприятной экологической обстановкой, и образом жизни, но в особенности генетическими предпосылками, что у специалистов ныне уже не вызывает сомнений.

О ключевой роли поврежденных молекул ДНК в развитии рака свидетельствует множество фундаментальных фактов. Главные из них - наследственные формы, наличие в организме человека большого числа хромосомных перестроек, мутаций генов, ряда онкогенных вирусов, способных встраиваться в молекулы ДНК, взаимодействовать с геномом, влияние на него химических веществ и физических воздействий, обладающих мутагенным и канцерогенным эффектами. На основе накопленных знаний о причинах возникновения опасных новообразований в конце XX в. одновременно в нескольких европейских странах начали создавать методики диагностики с помощью генетических онкомаркеров (ГОМ), теперь существующие и в России.

- Что это такое?

- Так именуют гены, поврежденные в результате потомственной мутации либо в течение жизни пациента. В первом случае возникают наследственные, во втором - приобретенные формы злокачественных опухолей.

Надо сказать, ГОМ присутствуют не только в пораженном органе, но и в так называемой свободной (внеклеточной) ДНК, содержащейся в плазме крови, мокроте, слюне. Поэтому их можно выявлять малотравматичным методом, причем даже в начальных стадиях болезни. Правда, открытие лишь одного "сломанного" гена - не доказательство наличия патологии. Так что в любом случае мы работаем с несколькими, чем, в частности, обусловлена относительно высокая стоимость соответствующих тестов (в России от 2 - 3 тыс. руб.).

Расскажу теперь об общих принципах диагностики с помощью онкомаркеров. У них уже сложилось несколько "профессий".

- Может быть, начать с находящей в наши дни наибольшее применение?

- Тогда речь пойдет о наследственных формах рака. Они не превышают 10% всех известных, однако крайне опасны. Когда наблюдается мутация генов, риск этих заболеваний превышает 80%! Раньше только по косвенным признакам медики обнаруживали присущие им повреждения человеческого генома. И лишь теперь, после его полной расшифровки, оказалось возможным увидеть "молекулярные портреты" новообразований.

С помощью тестов на ГОМ в настоящее время, например в США, выявляют злокачественные опухоли молочной железы (встречаются примерно у одной из 500 женщин) и толстого кишечника (приблизительно в 2 раза реже). Лабораторный анализ в первом случае проводят после консультации пациентки у врача-онкогенетика и оценки семейной ситуации: было ли в ее роду более одной страдавшей таким недугом, причем с двусторонним поражением; начинался ли он в молодом возрасте; сочетался ли с онкологическими болезнями яичников и т. д. Маркеры его наследственной формы - гены BRCA1 и BRCA2. Если в них обнаруживают мутации, то почти 70% американских женщин соглашаются на профилактическую операцию по удалению груди. В России, в частности в ММА им. И. М. Сеченова, также осуществляют коммерческую ДНК-диагностику молочной железы, а также яичников, толстого кишечника и т. д.

Педиатрические наследственные злокачественные новообразования, скажем медуллярный рак щитовидной железы (характеризующийся преобладанием пораженных клеток над соединительной тканью, быстрым метастазированием), встречаются гораздо реже упомянутых выше - приблизительно у одного из 20 - 30 тыс. детей. Однако узнав о положительном ДНК-анализе, родители ребенка почти всегда соглашаются на операцию, поскольку риск заболевания в этих случаях достигает 100%.

- А чем полезны генетические маркеры для диагностики приобретенных видов столь опасных патологий? Ведь в онкологии их подавляющее большинство.

- Я уверен, что в грядущем самой важной и востребованной "профессией" ГОМ будет отслеживание ранних стадий именно таких опухолей, причем основанное на тестах, благодаря своей дешевизне и доступности пригодных для массовой диспансеризации. А пока, к сожалению, во всем мире у них есть общий недостаток - неточность диагноза.

Приведу пример. Если бы легендарный Дон Жуан очутился в нашем времени и прошел распространенную ныне пробу на "негенетический" онкомаркер ПСА (простата-специфический антиген) - один из белков, выделяемый клетками предстательной железы, то его, даже вполне здорового, ждали бы сильнейшие треволнения. У ловеласа заподозрили бы рак этого важного органа! Ведь реакция в данном случае могла бы оказаться положительной как при опухоли, так и некоторых других болезнях. И даже у мужчины, исполнявшего накануне супружеские обязанности...

А вот обследования на ГОМ позволяют оценить онкологический риск практически сразу. Соответствующие методики, кстати, более дешевые, чем применяемые в настоящее время для массовой диагностики анализы, в частности на ПСА, - технически уже реальность. Так, специалисты нашей лаборатории предложили весьма недорогой молекулярный тест для выявления злокачественного новообразования простаты, позволяющий проверять только порядка пяти генов.

Наибольшие надежды в данной области медицины я связываю с предложенным в начале XXI в. Учеными Института молекулярной медицины ММА им. И. М. Сеченова во взаимодействии с коллегами из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (город Пущине Московская область) "дозорным" микрочипом для выявления ранних стадий сразу многих патологий. Напомню: это стеклышко с нанесенными на него несколькими специально обработанными фрагментами ДН К; когда такая "платформа" распознает патологию, то подает световой сигнал. Среди примерно 100 генов человека, повреждения которых вызывают рак, есть несколько перспективных в качестве подобных многоцелевых онкомаркеров, с использованием которых мы и создаем такой "микрочип-универсал". Он несет восемь ГОМ - "бригаду сторожей", устанавливающих появление соответствующих заболеваний простаты, легкого, молочной железы, кишечника и некоторых других. Подобные работы начали и в зарубежных научных центрах, прежде всего в США.

- Что вы можете рассказать об остальных "профессиях" онкомаркеров?

- Еще они умеют находить микрометастазы. Сделать это традиционными методами практически невозможно. Поэтому после любой операции по удалению опухоли пациенты раньше оставались в высокой зоне риска: не затаились ли где-то ее мельчайшие остатки? А теперь их можно обнаружить с помощью ДНК-анализов. В крупных онкологических центрах России и за рубежом ГОМ уже применяют для подобного поиска при наиболее опасных новообразованиях, например, той же меланоме, а также для проверки эффективности лечения в периоды ремиссии рака молочной железы и шейки матки.

Кроме того, предлагаемые методы диагностики могут защитить от риска, угрожающего не только здоровью, но и кошельку больного. Хорошо известно: чем сложнее, а следовательно, дороже лекарство - в онкологии таких особенно много - тем больше шансов, что одному оно поможет, зато другой, купив его, только потеряет деньги и драгоценное время. По мнению специалистов, различная чувствительность к поступившим в наш организм медикаментам обусловлена неодинаковой активностью управляющих их биохимическими превращениями ферментов (крупных белковых молекул).

- Но лабораторное тестирование, отражающее их деятельность, применяли уже давно.

- Верно. Однако с его помощью можно было увидеть лишь "дым от огня": гены, определяющие функционирование таких ферментов, оставались неизвестными. Выделить столь важные частицы наследственного материала удалось лишь недавно. Хотя не вполне правильно причислять их к ГОМ, но именно в онкологии сейчас закладывается практика использования подобных "меток", в последующем, надеюсь, способная распространиться на другие области медицины.

Работоспособность генов, "кодирующих" вышеназванные ферменты, проверяют перед назначением наиболее дорогостоящих противоопухолевых лекарств. И по итогам ДНК-тестов можно предсказать, подействуют ли они, а заодно спрогнозировать соответствующие побочные эффекты. Если учесть, что ежемесячная стоимость такого лечения порой доходит до полумиллиона рублей, а молекулярный анализ обойдется на два порядка дешевле, понятна его экономическая целесообразность.

И напоследок о прогностических онкомаркерах. Оценив характер генетических "поломок", можно предсказать, насколько быстро и опасно будет развиваться рак. Наиболее основательно разработаны методики для опухоли молочной железы, создают их сейчас также для рака легкого, простаты и др. К сожалению, пока не всегда можноспасти больных, когда ДНК-тест говорит о неотвратимом и практически безвариантном риске, но я уверен, что молекулярно-генетические исследования в ближайшем будущем помогут найти эффективные способы лечения.

- Мы говорили о генетических "поломках", вызывающих рак. Не могли бы вы рассказать о том, как и почему клетка с такими изменениями превращается в опухолевую?

- Мутации - не единственные повреждения генов, инициирующие рак. Основная кодирующая последовательность ДНК в пораженной им клетке может сохраниться такой, как в здоровом организме. Однако изменяется ее биохимическое строение, причем в зонах, не занимающихся "печатанием" белков, но контролирующих работу соседних фрагментов генома. Такие трансформации называют метилированием регуляторных участков генома.

Происходит данный процесс следующим образом. Генетическая нить построена из четырех молекул-нуклеотидов (основных составляющих биологически активных соединений, разными последовательностями которых зашифрованы все человеческие белки). К одному из них (в данном случае цитозину) присоединяется небольшой метиловый остаток (СН3). В результате образуется метилцитозин, иначе говоря, пятый нуклеотид. В нормальных клетках, в генах - супрессорах роста опухоли (тормозящих ее развитие), он никогда не встречается, зато обязательно появляется в пораженных. Причем характерен для всех разновидностей заболевания - наследственных, приобретенных, вызванных вирусом или какими-то непонятными пока причинами.

Впрочем, о метилировании ДНК в раковых клетках знали давно. А в последние годы стало ясно: это не только универсальная, но и необычайно ранняя особенность канцерогенеза. "Пятая колонна" появляется за 2 - 3 года до того, как новообразование можно будет обнаружить известными ныне методами, следовательно, представляет собой высоко специфичный и чувствительный биомаркер. Поэтому создание для практической медицины новых видов ГОМ, способных уловить подобные нарушения, - одна из важнейших тем исследований нашей лаборатории.

Мы изучаем также причины превращения клетки с метилированной ДНК в раковую. Когда регуляторные участки генома перестают контролировать работу генов-супрессоров, она начинает размножаться. К тому же становится настоящей "пираткой": пускается в странствия по человеческому организму, расселяясь в тканях, где ей не положено находиться. Причем "клетки-аборигены" не в состоянии уничтожить поразительно агрессивную "захватчицу", и она отнимает у них питательные вещества. Словом, развивается опухоль и метастазы.

- Но почему в ДНК здоровой клетки вдруг начинается метилирование ?

- Об этом пока ничего не известно. Мне кажется, ответив на данный вопрос, мы сможем не только создавать новые методы диагностики, но и пополнить арсенал лечебных приемов молекулярными, т. е. научиться генетической терапии и профилактике злокачественных новообразований.

 

Меланома - одна из самых опасных злокачественных опухолей, развивающаяся из пигментных клеток. Преимущественно локализуется в коже, реже - сетчатке глаза, слизистых оболочках.


Доктор медицинских наук Дмитрий ЗАЛЕТАЕВ, заведующий лабораторией Института молекулярной медицины Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова

Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD