Универсальная ДНК-наноподпись рака
Исследователи из Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий (AIBN) Университета Квинсленда обнаружили уникальную наномасштабную сигнатуру ДНК, которая, по-видимому, является общей для всех видов рака.
На основе этого открытия команда разработала новую технологию, позволяющую быстро и легко обнаруживать рак в любом типе ткани, например, в крови или биоптате.
Исследование, поддержанное грантом Национального фонда борьбы с раком молочной железы и опубликованное в журнале Nature Communications, раскрывает новое понимание того, как эпигенетическое репрограммирование при раке регулирует физические и химические свойства ДНК, и может привести к совершенно новому подходу к диагностике у постели больного.
Поскольку рак — чрезвычайно сложное и изменчивое заболевание, было трудно найти простую сигнатуру, общую для всех раков, но отличную от здоровых клеток.
Чтобы решить эту проблему, исследователи сосредоточились на циркулирующей свободной ДНК. Как и здоровые клетки, раковые клетки постоянно умирают и обновляются. Когда они умирают, они по сути взрываются и высвобождают свой груз, включая ДНК, которая затем циркулирует.
Учёные изучили эпигенетические паттерны на геномах раковых и здоровых клеток, а именно — паттерны молекул, называемых метильными группами, которые "украшают" ДНК. Эти группы важны для функции клетки, так как служат сигналами, контролирующими включение и выключение генов.
В здоровых клетках эти метильные группы распределены по всему геному. Однако команда AIBN обнаружила, что геном раковой клетки по сути "пуст", за исключением интенсивных кластеров метильных групп в очень специфических местах.
Эта уникальная сигнатура — которую они назвали "метиляцией" рака (methylscape) — присутствовала в каждом типе рака молочной железы, который они исследовали, а также в других формах рака, включая рак предстательной железы, колоректальный рак и лимфому.
Они также обнаружили, что в растворе эти интенсивные кластеры метильных групп заставляют фрагменты раковой ДНК сворачиваться в трёхмерные наноструктуры, которые очень "любят" прилипать к золоту.
Воспользовавшись этим, исследователи разработали тест, в котором используются наночастицы золота, мгновенно меняющие цвет в зависимости от наличия или отсутствия этих 3D-наноструктур раковой ДНК. Это происходит в одной капле жидкости, и детектирование можно провести невооружённым глазом.
Технология также адаптирована для электрохимических систем, что позволяет проводить недорогое и портативное обнаружение, которое в конечном итоге можно будет выполнять с помощью мобильного телефона.
Пока что они протестировали новую технологию на 200 образцах различных типов человеческих раков и здоровых клеток. В некоторых случаях точность обнаружения рака достигает 90%. Технология работает как для геномной ДНК, полученной из ткани, так и для циркулирующей свободной ДНК, полученной из крови.
Это открытие может стать переломным моментом в области диагностики рака у постели больного. Технология пока не идеальна, но это многообещающее начало. Она выглядит как невероятно простой универсальный маркер рака и очень доступная недорогая технология, не требующая сложного лабораторного оборудования, такого как секвенирование ДНК.