Открытие в области развития органов может помочь в борьбе с раком

Новое открытие Медицинской школы Университета Вирджинии пролило свет на то, как формируются наш пищеварительный тракт, лёгкие и печень. Это открытие может иметь важные последствия для понимания рака.

У млекопитающих во время развития желудок, толстая кишка, кишечник, поджелудочная железа, печень, лёгкие, пищевод, глотка и щитовидная железа формируются из так называемой «примитивной кишечной трубки». Однако учёные не были до конца уверены, что именно заставляет неразличимые клетки кишечной трубки превращаться, или «дифференцироваться», в различные органы. Как именно клетка в кишечной трубке «понимает», что должна стать частью лёгкого, а не частью желудка?

Чончжи Занг, доктор философии из UVA, и его коллеги нашли ответы, раскрыв, как генетический материал под названием хроматин взаимодействует с другими факторами, чтобы включать и выключать гены для осуществления этого важнейшего преобразования.

«Развитие кишечника — это увлекательный динамический процесс, из которого мы можем узнать, как один и тот же геном может создавать множество различных типов клеток в разных органах», — сказал Занг из Центра геномики общественного здоровья UVA и Онкологического центра UVA. «Мы знали, что гены, используемые в разных органах, начнут показывать некоторые различия на ранних стадиях развития, но впервые обнаружили, как такие различия контролируются хроматином в процессе формирования органов».

Понимание развития органов

Занг и его коллеги, включая соавторов под руководством Тэ-Хи Кима, доктора философии из Университета Торонто в Канаде, использовали передовую геномную технологию «single-cell ATAC-seq», чтобы создать подробную «карту» изменений паттернов хроматина, происходящих внутри отдельных клеток кишечной трубки во время формирования органов у мышей. Тем самым они заполнили многие важные пробелы в нашем понимании процесса развития органов у млекопитающих.

Команда обнаружила, что хроматин демонстрирует разную динамику в клетках, которые становятся, например, печенью, по сравнению с клетками, которые становятся лёгкими. Хроматин взаимодействует с так называемыми «факторами транскрипции» в элегантной схеме, которая «готовит» клетки к важной работе, которую им суждено выполнять.

Позже, в процессе развития, эти взаимодействия будут дальше уточнять формирующиеся органы, позволяя, например, кишечнику подразделиться на толстую и тонкую кишку.

Крайне важно, чтобы этот сложный процесс протекал точно. Исследователи обнаружили, что ошибки могут иметь серьёзные последствия, нарушая, например, здоровое развитие поджелудочной железы и кишечника у лабораторных мышей. Заметные драматические изменения в поджелудочной железе включали формирование множества крупных кистоподобных структур.

Исследователи отмечают, что ошибки в «клеточной судьбе» происходят на ранних стадиях рака поджелудочной железы, приводя к предраковым поражениям. Таким образом, понимание процесса развития органов и того, что может пойти не так, может дать важное представление о формировании некоторых раковых опухолей.

«Лучшее понимание того, как гены работают в геноме во время развития органов, может дать нам представление о механизмах, лежащих в основе возникновения многих типов рака», — сказал Занг. «Мы используем самые современные технологии для решения этих сложных проблем и верим, что эти фундаментальные открытия, шаг за шагом, в конечном итоге вдохновят на разработку новых методов лечения и принесут пользу онкологическим пациентам в будущем».

Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Nature Communications.