Учёные: завершено крупнейшее исследование полного генома рака

Крупнейшему консорциуму учёных из 37 стран мира удалось провести самое полное и глобальное исследование генетических механизмов зарождения онкологических заболеваний. В рамках проекта Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) они занимались изучением молекулярной природы жизни и вопросами применения полученных знаний в области биотехнологии и медицины. Результаты их исследований (в составе 21 статьи) были опубликованы международной издательской компанией Nature Publishing Group (NPG).

В проекте приняли участие более 1300 учёных. За 10 лет совместной работы они успели секвенировать 2658 полных геномов рака вместе с “контрольными“ образцами здоровых клеток, полученных от 2800 доноров. Мало того, они проанализировали данные, полученные из образцов опухолей и собранную информацию о самих пациентах.

Для правильной оценки масштаба работ следует напомнить, что в каждом секвенированном геноме больного раком не одна молекула ДНК, а целых 23, три миллиарда нуклеотидов и три миллиарда звеньев. Поэтому неудивительно, что при расшифровке данных об изменениях в межгенных пространствах, а это сотни терабайт, участники консорциума из 4 континентов воспользовались технологиями облачных вычислений.

Ранние исследования учёных совершенно не касались основной части генома — так называемой мусорной ДНК. Расшифровывая закодированные белки в полезной ДНК, они вычёркивали из списка около 98% биологической информации (о строении и поддержании организма), расположенной в межгенном пространстве.

В этой области некодирующей ДНК участниками проекта были обнаружены и описаны тысячи различных генетических аномалий, а также порядка 80 процессов, нарушающих стройную систему записи генетической информации. Найдены и проанализированы причины поломок генетического кода, связанные с возрастными мутациями, формами социального поведения, наследственными изменениями и диетой.

Расшифровка полученных данных показала, что предрасположенность к раку может созревать несколько десятилетий (до постановки диагноза). Кроме того, в каждом из геномов рака было обнаружено 4-5 ведущих мутаций — драйверов опухолевого роста, дающих опухолевым клеткам селекционное преимущество. И лишь в 5% случаев данного вида мутаций не было найдено вовсе. Сведения о 1188 совокупностей РНК — раковых транскриптомах помогли участникам проекта определиться с рабочими и нерабочими участками ДНК.

Авторами статей были зафиксированы случаи “геномного хаоса” (ge-nome chaos) – хаотичной перестройки генома в виде хромоплексии и хромотрипсиса в 18-22% раковых образцов. В некодирующей зоне генома, включающей в себя последовательности интронов, дупликации (повторенные участки хромосом), межгенные пространства, найдены участки ДНК, структурные изменения в которых могут вызывать раковые опухоли. Так, к примеру, появление мутаций в зоне гена TERT активизирует работу этого гена, отвечающего за выработку теломеразы — фермента, который отключает сигналы о клеточной смерти. Дополнительные мутации в клетках — основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементах живого организма, превращают их в полноценные раковые клетки.

Учёные надеются, что данные полученные Pan-Cancer Project помогут человечеству не только совершить скачок в области развития ранней диагностики, но и разработать точечные способы лечения больных раком.