Исследователи из Университета HSE (HSE University) использовали компьютерную программу, чтобы обнаружить, что две наиболее распространенные структуры ДНК — стволовые петли и квадруплексы — вызывают мутации генома, которые приводят к раку. Результаты исследования были опубликованы в BMC Cancer.
Актуальность исследования
В начале 2000-х годов исследователи изобрели новый метод получения нуклеотидной последовательности ДНК и РНК, названный секвенированием нового поколения (СНП). Эта технология позволяет одновременно считывать несколько миллионов областей генома, что было невозможно с более ранними методами секвенирования. Теперь геном человека можно записать в текстовом файле 3,2 Гб.
«Рак — это болезнь генома. Когда мы секвенируем геном в опухолевой ткани, мы видим спектр различных мутаций. Могут быть точечные или крупномасштабные мутации. Например, при точечных мутациях один нуклеотид исчезает и заменяется другим. Масштабные мутации, при которых части генома (от десятков до миллионов нуклеотидов) были удалены, перевернуты, скопированы и вставлены в другом месте. В результате этих перестроек появляются точки останова генома», — говорит Мария Попцова, заведующая лабораторией биоинформатики НИУ ВШЭ и один из авторов исследования (Maria Poptsova, head of the HSE Laboratory of Bioinformatics and one of the study’s authors).
Материалы и методы исследования
Используя компьютерную программу, ученые Университета HSE исследовали влияние двух типов вторичных структур ДНК — стволовых петель и квадруплексов — на точки разрыва генома. Ученые проанализировали полмиллиона точек останова в более чем 2000 геномах 10 типов рака. Ученые искали горячие точки генома, считая горячие точки прерывания областями с частыми и повторяющимися перестройками, другими словами, зонами риска.
Результаты научного исследования
Оказалось, что модель, основанная на стволовых петлях, лучше всего объясняет профили горячих точек останова при раке крови, мозга, печени и предстательной железы, в то время как модель на основе квадруплекса обладает более высокими характеристиками при раке кости, груди, яичника, поджелудочной железы и кожи.
Анализ показывает, что влияние стволовых петель и квадруплексов на развитие точки останова зависит от типа ткани, который определяется эпигенетическими факторами.
«Это такие маркеры, которые различают разные виды тканей по геному. Мы активно изучаем корреляцию между вторичными структурами ДНК и эпигенетическими метками. Британские ученые уже изучили влияние вторичных структур ДНК и эпигенетических меток на точечные мутации. Мы сосредоточились на горячих точках останова и первыми определили вклад этих двух структур. Наиболее распространенные структуры генома — стволовые петли и квадруплексы», — говорит Мария Попцова.
Выводы
По мнению ученых, в будущем квадруплексы могут стать терапевтическими мишенями. Если лекарственная терапия сделает их более стабильными, фермент теломераза не сможет работать в раковых клетках, и они станут уязвимыми.
Авторы другого исследования утверждают, что новая компьютерная модель прогнозирования поможет уменьшить смертность от рака легких.
