5 исследований рака, привлёкших внимание в 2021 году

В 2021 году учёные узнали многое: от того, как некоторые животные приобретают естественную устойчивость к раку, до использования опухолевыми клетками внеклеточной ДНК для быстрого развития лекарственной устойчивости. Рассмотрим фундаментальные исследования, обогатившие науку этими ценными знаниями.

Собаки, распознающие рак по запаху

Изображение: Обученная распознавать рак собака Florin обнюхивает образец мочи.

Идея использовать чувствительность собачьего обоняния для диагностики рака существует давно. Учёные даже пытались создать соответствующие приборы, но ни один не оказался настолько чувствительным, как лучший друг человека. Вместо соревнования с эволюцией исследователи решили довериться специалистам. В исследовании доказательства концепции они использовали собак для обучения алгоритма машинного обучения выявлению рака простаты — второго по распространённости вида рака у мужчин. (Подробности см. в нашей статье «Собаки, обнаруживающие рак простаты»).

Не участвовавший в исследовании профессор Marc Aubreville из Techische Hochshule Ingolstadt в Германии, специалист по распознаванию изображений и медицинским приложениям ИИ, отметил: работа включала немного образцов от 50 мужчин, только у 12 из которых биопсия была положительной. Поэтому собаки не достигли чувствительности и специфичности, полученных другими исследователями, но это перспективный шаг. Aubreville сказал: «То, что они сделали, действительно междисциплинарно и очень интересно. Метод кажется мне разумным, но хотелось бы увидеть больше образцов и более убедительные доказательства того, что машинное обучение действительно работает».

Новое понимание метастазирования может улучшить лечение

Обозначающее перемещение раковых клеток из исходной ткани в другие органы и ткани метастазирование по-прежнему является причиной 90% смертей, связанных с раком.

В 2013 году онкобиолог Adrienne Boire из Memorial Sloan Kattering встретила пациента, изменившего направление её карьеры. Она не могла ответить на основные вопросы: как и почему его рак распространился в спинномозговую жидкость? Как клетки в процессе, называемом метастазированием, заселяют новые ткани и размножаются в них?

Этот случай помог Boire и другим учёным понять: метастазирование — сложный процесс, который может начинаться гораздо раньше, а не только на поздней стадии рака. Также было обнаружено, что раковые клетки иногда могут годами оставаться в спящем состоянии до пробуждения. Эти знания открыли новые пути наблюдения и лечения метастатического рака. Boire говорит, что исследователи разработают способы уменьшить метастазирование в целом.

Для выживания раковые клетки могут вести себя как паразиты

Опухолевые клетки известны неоднородностью: каждая может немного отличаться от соседней или родственной клетки, что серьёзно затрудняет лечение. Иногда потеря определённых генов или белков заставляет клетки менять образ жизни. Исследователи Университета Миннесоты обнаружили, что раковые клетки без белкового комплекса репарации ДНК Ku становятся паразитами и атакуют соседние опухолевые клетки, чтобы получить доступ к их цитоплазме.

Кроме того, такие паразитирующие клетки иногда проникали в другие клетки, оставались там неповреждёнными, а затем выходили наружу. Участвовавшая в работе молекулярный биолог Университета Миннесоты Nurten Saydam отмечает, что это может позволять раковым клеткам приспосабливаться к генетическим стрессам в микроокружении опухоли и в конечном итоге метастазировать. «Паразиты проникают в клетку. Прячутся там, а когда всё заканчивается, выходят и могут расти гораздо лучше».

Видео: Клетка колоректального рака с дефицитом Ku70 — зелёная клетка, отмеченная жёлтой стрелкой, — выходит из одной клетки и затем последовательно проникает в две другие.

Раком может управлять ДНК вне хромосом

В 2012 году Paul Mischel был удивлён, увидев, как опухоли пациентов с глиобластомой (GBM) развиваются вопреки генетическим ожиданиям. Несмотря на интенсивное лечение препаратами против стимулирующего рост онкогена, опухоли у двух пациентов приобрели устойчивость. Mischel и его команда обнаружили, что обеспечивающая её ДНК находится не в хромосомах пациентов, а в ядре каждой клетки в виде внехромосомной ДНК — ecDNA.

Изображение: Внехромосомная ДНК на изображении разрушенных клеток рака толстой кишки, полученном сканирующей электронной микроскопией. Крупные точки — неповреждённые ядра других клеток. Фото Kristen Turner из Boundless Bio.

Позднее выяснилось, что ранее остававшаяся незамеченной ecDNA стимулирует очень высокий уровень транскрипции онкогенов — генов, запускающих рак, — и даже создаёт совершенно новые взаимодействия регуляции генов. Вместе эти процессы делают рак более устойчивым.

Открытие также привело к созданию Mischel и коллегами компании Boundless Bio и появлению новых возможностей определения и разработки подходов к лечению рака, связанного с ecDNA.

Mischel отмечает: «Приятно видеть растущий интерес талантливых исследователей, стремящихся расшифровать основные стороны биологии ecDNA». Так он описывает интерес к этому направлению. «Мы с нетерпением ждём разработки новых инструментов, сотрудничества и методов лечения для пациентов».

Слепыши используют «мусорную» ДНК для борьбы с раком

Изображение: Слепыш — Университет Рочестера

Генетика слепышей необычна не меньше их внешности. Эти лишённые глаз грызуны живут очень долго и естественным образом устойчивы к раку благодаря усиленной выработке воспалительного цитокина интерферона бета (INF-β), запускающего гибель предраковых клеток. Недавно исследователи проследили эту способность до участков ДНК в геноме слепышей, которые копируют себя и перемещаются, встраиваясь в новые места. Эти «прыгающие гены» встречаются на древе жизни, включая человека, но обычно подавляются метилированием.

Исследователи обнаружили, что у слепышей в быстро размножающихся клетках меньше ферментов, метилирующих ДНК, и больше ретротранспозонных РНК и INF-β; этот процесс удалось искусственно воспроизвести в клетках человека.

Не участвовавший в исследовании онкобиолог Stephen Baylin из Медицинской школы Johns Hopkins прокомментировал: «В работе описано важное новое механистическое понимание того, как запускать воспалительные сигналы в раковых клетках для их непосредственного уничтожения или повышения уязвимости к противораковому лечению. Значение этого действительно велико». Так он оценил результаты.