Расшифрована ключевая мутация во многих видах рака

В каждой клетке, в каждом ядре, ваше дальнейшее существование зависит от невероятно сложного танца. Белки постоянно обматывают и расматывают ДНК, и даже незначительные ошибки могут привести к раку.

Новое исследование Чикагского университета раскрывает ранее неизвестную часть этого танца, имеющую значительные последствия для здоровья человека.

В исследовании, опубликованном 2 октября в  журнале Nature,  группа ученых под руководством профессора Чикагского университета Чуань Хэ в сотрудничестве с профессором Минцзян Сюй из Техасского университета в Сан-Антонио, обнаружила, что РНК играет важную роль в том, как ДНК упаковывается и хранится в ваших клетках, через ген, известный как  TET2 . Этот путь также, по-видимому, объясняет давнюю загадку о том, почему так много видов рака и других заболеваний связаны с  мутациями, связанными с TET2, и предлагает набор новых мишеней для лечения.

«Это представляет собой концептуальный прорыв», — сказал Хе. «Это не только предлагает цели для терапии нескольких заболеваний, но мы также вносим вклад в общую картину регуляции хроматина в биологии. Мы надеемся, что влияние в реальном мире будет очень высоким».

Его лаборатория сделала несколько открытий, которые  потрясли нашу картину того, как экспрессируются гены . В 2011 году они обнаружили, что в дополнение к модификациям ДНК и белков, модификации РНК также могут контролировать то, какие гены экспрессируются.

С тех пор Хэ и его команда находят все больше и больше способов, с помощью которых метилирование РНК играет фундаментальную роль в процессе включения и выключения генов как в  растительном,  так и  в животном мире.

С этой линзой они обратили свое внимание на ген под названием  TET2 . Мы давно знали, что когда  TET2  или  гены, связанные с TET2, мутируют, за этим следуют всевозможные проблемы. Эти мутации встречаются в 10-60% различных случаев лейкемии человека, а также всплывают при других типах рака. Проблема была в том, что мы не знали,  почему — что значительно затрудняет поиск методов лечения.

Другие члены семейства TET действуют на ДНК, поэтому в течение многих лет исследователи изучали влияние TET2 на ДНК. Но лаборатория Хэ обнаружила, что они искали не там: TET2 на самом деле влияет на  РНК.

Когда клетки печатают собственные копии генетического материала, их нужно аккуратно упаковать и сложить для дальнейшего использования; эти упаковки известны как хроматин. Если это не происходит правильно, могут возникнуть всевозможные проблемы. Оказывается, РНК играет ключевую роль в этом процессе, и ее роль контролируется TET2 посредством процесса модификации, называемого метилированием.

С помощью хитроумного набора экспериментов, удаления генов и наблюдения за тем, что происходит, команда лаборатории He показала, как это работает. Они обнаружили, что TET2 контролирует, как часто тип модификации, известный как m5C, происходит на определенных типах РНК, которая привлекает белок, известный как MBD6, который, в свою очередь, контролирует упаковку хроматина.

«Мы надеемся, что реальный эффект будет очень значительным. Когда вы младенец и ваши клетки активно делятся на разные типы клеток, TET2 ослабляет поводья, чтобы хроматин был более доступен, а стволовые клетки могли превратиться в другие клетки. Но как только вы становитесь взрослым, TET2 должен натягивать поводья. Если эта подавляющая сила теряется, MBD6 получает полную свободу действий, и может наступить хаос», - сказал Хэ. «Если у вас мутация TET2, вы заново открываете этот путь роста, который в конечном итоге может привести к раку, особенно в крови и мозге, поскольку этот путь, по-видимому, является наиболее важным для развития крови и мозга», — сказал Хе.

В качестве окончательного подтверждения команда протестировала клетки лейкемии человека в чашках Петри. Когда команда удалила способность клеток создавать MBD6, фактически потянув за поводья, все клетки лейкемии погибли.

Самым захватывающим в этом открытии для исследователей рака является то, что оно дает им совершенно новый набор мишеней для лекарственных препаратов.

«Мы надеемся, что сможем получить от этого волшебное средство, позволяющее избирательно избавляться только от раковых клеток, воздействуя на этот конкретный путь, активируемый из-за потери TET2 или IDH», — сказал Хе, который сотрудничает с  Центром предпринимательства и инноваций имени Польского при Чикагском университете  с целью создания стартапа для создания именно такого препарата.

Но мы также знаем, что мутации TET2 имеют последствия, не связанные с раком. Мутации TET2 также встречаются у части всех взрослых старше 70 лет и способствуют повышению риска сердечных заболеваний, инсульта, диабета и других воспалительных заболеваний, состояния, известного как  CHIP.

«У этих пациентов есть  мутантные клетки крови TET2, но они еще не вызвали рак», — объяснил  Канер Сайгин , онколог и доцент кафедры медицины Чикагского медицинского университета, который специализируется на  лечении пациентов с CHIP  и также работает с лабораторией He над несколькими проектами. «Но эти  мутантные клетки TET2  более воспалительные, и по мере их циркуляции они вызывают повышенный риск таких заболеваний, как болезни сердца, печени и почек. Прямо сейчас я не могу ничего прописать этим пациентам, потому что у них еще нет рака, но если бы мы могли устранить эти мутантные клетки, мы могли бы улучшить их жизнь».

Это открытие также радикально меняет наше понимание хроматина, а следовательно, и экспрессии генов в целом.

Ранее мы знали, что одна из форм метилирования РНК, называемая m6A, влияет на экспрессию генов: ее размещение и удаление влияет на упаковку хроматина, которая определяет, какие участки ДНК будут транслироваться в реальность.

Но если m5C также относится к этой категории, это говорит о том, что это общий механизм контроля хроматина и экспрессии генов, и их может быть больше. «Если есть второй, у вас может быть третий, четвертый, пятый», — сказал Хе. «Это говорит о том, что модификация РНК на хроматине является основным механизмом регуляции хроматина и транскрипции генов. Мы считаем, что этот путь — лишь вершина айсберга».