Учёные разработали новый, более чувствительный метод обнаружения метилирования ДНК при раке толстой кишки

Исследование, опубликованное в онлайн-выпуске Nature Biotechnology, демонстрирует уникальный и высокочувствительный метод обнаружения рака, связанного с метилированием ДНК.

Химическая модификация ДНК путём добавления или удаления метильных групп — известный биологический механизм активации или «выключения» генов. Аномальный уровень метилирования ДНК, нарушающий работу генов, контролирующих нормальный клеточный цикл, связан с развитием различных видов рака, что привело к созданию новых биомаркеров онкологических заболеваний.

Однако события метилирования редки и их сложно обнаружить в клинически значимых образцах (крови, сыворотки, мокроты, мочи или кала) с помощью существующих методов. Совместными усилиями Университета Кейс Вестерн Резерв и Университета Джонса Хопкинса был разработан высокочувствительный метод обнаружения метилированной ДНК.

Новый метод, названный технологией Methyl-BEAMing (beads, emulsion, amplification and magnetics), позволяет проводить абсолютную количественную оценку числа метилированных молекул в образце. Он способен обнаружить всего одну метилированную молекулу приблизительно на 5000 неметилированных молекул в ДНК из образцов плазмы и кала. Это более чем в 60 раз чувствительнее по сравнению с альтернативным широко используемым методом обнаружения.

Повышенная чувствительность достигнута за счёт ПЦР-амплификации отдельных фрагментов ДНК, ковалентно связанных со специально покрытыми магнитными шариками. Процесс амплификации проходил в крошечных водных нанокомпартментах, погружённых в капли масла. На шариках была закреплена ДНК-последовательность, специфичная для экзона 1 гена виментина — гена, который, как известно, гиперметилирован при колоректальном раке. Если последовательность гена виментина присутствовала в образце, последующая ПЦР приводила к созданию тысяч копий гена на каждом магнитном шарике. После амплификации шарики, покрытые ДНК, гибридизовали с флуоресцентными зондами, специфичными к состоянию метилирования, сортировали и анализировали с помощью проточной цитометрии. Этот метод позволил точно обнаружить единственную копию метилированной последовательности виментина в смеси и улучшил техническую чувствительность обнаружения метилированного экзона 1 виментина как минимум в 62 раза по сравнению со стандартной метилирование-специфичной ПЦР.

Используя этот новый метод цифрового обнаружения метилированной ДНК, исследователи показали, что тест может обнаружить 59% случаев рака толстой кишки по анализу крови. Это в 4 раза лучше, чем показатель онкомаркера CEA, обычно используемого для наблюдения за пациентами с колоректальным раком на предмет рецидива. Кроме того, новый метод смог обнаружить 41% случаев рака толстой кишки в образцах стула, а также половину предраковых полипов. Исследование возглавляли Берт Фогельштейн (Университет Джонса Хопкинса) и доктор медицины и философии Санфорд Марковиц (Университет Кейс Вестерн Резерв).

Рак толстой кишки — вторая по значимости причина смерти от рака в США. Исследователи отмечают, что смертность от этого заболевания можно полностью предотвратить при раннем обнаружении, до распространения опухоли за пределы кишки, однако многие люди не проходят скрининг с помощью колоноскопии.

Хотя колоноскопия — самый чувствительный доступный скрининговый тест, она требует времени, дорога и неприятна для пациента. Доктор Марковиц надеется, что простой анализ крови станет дополнительным инструментом для поощрения скрининга и профилактики болезни.

«Methyl-BEAMing предоставляет новый метод скрининга на рак толстой кишки и, надеюсь, охватит многих людей, которые в настоящее время не хотят или не могут участвовать в скрининге на основе колоноскопии», — пояснил Марковиц.

Исследователи отмечают, что даже при том, что анализ крови выявляет лишь около 60% случаев рака, это сопоставимо с маммографией — широко принятым методом скрининга, который в итоге приводит к более инвазивной процедуре последующего наблюдения.

«Положительная маммограмма приводит к биопсии. Положительный тест Methyl-BEAMing приведёт к колоноскопии», — сказал доктор Марковиц.

Помимо использования в качестве метода скрининга для более молодых людей или тех, кто не может или не хочет делать колоноскопию, анализ крови можно применять в промежутках между колоноскопиями и для мониторинга болезни после терапии. Более того, Марковиц считает, что открытие дополнительных маркеров рака толстой кишки ещё больше повысит ценность теста.

Будущее применение анализа крови не ограничивается раком толстой кишки. Та же методика может быть использована для обнаружения других видов рака или для пренатального тестирования заболеваний, таких как синдром Дауна, для которых изменение метилирования является характерным признаком.