Важнейшая веха для будущего лечения рака: КАТАЛОГ МУТАЦИЙ

Полногеномный анализ рака или панраковый анализ полных геномов (Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes, PCAWG): ученые, осуществившие этот проект, опубликовали беспрецедентные данные анализа событий более чем в 2600 раковых геномах, мутаций которые они исследовали. Они каталогизировали и объединили широкую всестороннюю картину связанных с раком мутаций как кодирующих, так и некодирующих областей генома при 38 основных типах опухолей и использовали эти сведения для определения соответствующих биологических путей.

Что такое геном?

Геном — ДНКсовокупность всех содержащихся в ней инструкций. В ядре каждой клетки имеются 2 копии ДНК: одна от матери, другая от отца. Наша ДНК особым образом складывается / упаковывается, образуя хромосомы. В клетках есть 46 хромосом с упакованными спиралями ДНК (23 от матери и 23 от отца).

Краткое содержание проекта панракового анализа полных геномов:

• В каждом раковом геноме выявлено около пяти драйверных мутаций (в % 5 драйверных мутаций не было).
• Большинство драйверных мутаций находилось в кодирующей области генома.
• «Молекулярные часы» могут определить, какие мутации произошли на ранних этапах эволюции рака.
• Паттерны генетических мутаций могут помогать определять тип рака (это может помочь врачам распознать рак с неизвестным первичным очагом / источником).

Из 37 стран более 1300 ученых и врачей объединились в этой коллективной работе, Nature и связанных с ним журналах привела к одновременной публикации 23 научных статей.

Набор данных панракового анализа полных геномов открыт всем исследователям рака по всему миру. Широкая доступность и качество этих данных почти наверняка вызовут волну биологического понимания и методологических достижений.

Например, работа, в которой исследователи анализируют, произошли ли мутации раньше или позже, молекулярные часы изучающая их, в итоге может оказаться полезной для ранней диагностики рака или стратегий его профилактики.

В целом результаты исследования показывают, что за годы до диагностики рака драйверные мутации ранняя диагностика и биомаркер могут быть связаны с его разработкой. Драйверные мутации, играющие критическую роль в образовании рака, могут возникать за годы до постановки диагноза, что можно использовать для ранней диагностики.

Однако следует помнить, что аналитические исследования с выводами, такие как полногеномный анализ рака, хотя и дают более глубокое понимание, обычно связаны и с большей степенью сложности.

Панраковый анализ полных геномов — кодирующие и некодирующие области ДНК

Панраковый анализ полных геномов (PCAWG): собранные в этом исследовании сведения и новое понимание отличаются от классического полноэкзомного секвенирования .

Примечание: Экзом— кодирующих белки в ДНК экзонов совокупность; он составляет лишь %1 ДНК, что соответствует 20 тысячам генов, кодирующих белки. То есть анализ всего экзома исследует мутации лишь в %2 ДНК. Интроны — некодирующие белки области ДНК, которые до недавнего времени даже называли junk (мусорная, неважная) ДНК .

До сих пор применявшиеся все таргетные противораковые препаратыразрабатывались с учетом последовательностей ДНК, выявленных полноэкзомным секвенированием, представляющим лишь %1 генома. Теперь включены и некодирующие области, и охват доведен до %100.

Сырые, обработанные и интерпретированные данные проекта панракового анализа полных геномов представлены так, чтобы и в ближайшие годы обеспечивать данными других исследователей, на веб-странице PCAWG онлайн.

Панраковый анализ

Для анализа всех видов рака использованы 2605 первичных опухолей и 173 метастаз либо местный рецидив : данные полногеномного секвенирования соответствующей раковой ткани и сопоставленной нормальной ткани. Данные анализировали на 3 основные группы мутаций : соматические однонуклеотидные варианты (SNV); небольшие вставки и делеции (инделы); изменения числа копий и структурные варианты (SV), представляющие перестройки больших участков ДНК.

Впечатляет, что каталогизация выявила > 43 миллионов SNV, > 400.000 соматических многоядерных вариантов, > 2.4 миллиона соматических инделов, около 290.000 соматических SV, > 19.000 событий соматической ретротранспозиции и > 8000 митохондриальных мутаций ДНК de novo. Анализ сообщил о значительной неоднородности нагрузки соматических мутаций как между типами опухолей, так и между пациентами.

Каталогизация и понимание драйверных мутаций — важная цель сообщества исследователей рака последние двадцать лет; хотя число таких мутаций ограниченно, существуют тысячи или десятки тысяч их сочетаний.

Исследователи обнаружили, что % 91 случаев рака имели хотя бы одну определяемую драйверную мутацию; на опухоль приходилось 4.6 драйверных мутаций. Примерно для % 5 случаев рака ни одной драйверной мутации не сообщили.

При рассмотрении типов опухолей драйверные SV (структурные варианты) чаще встречались при аденокарциномах молочной железы и яичников. Драйверные точечные мутации при колоректальных аденокарциномах и зрелых B-клеточных лимфомах играли важную роль. С генами-супрессорами опухолей связанные многие драйверные мутации инактивировали обе копии: TP53в % 77 мутаций этого гена были мутированы оба аллеля.

У пациентов с хромофобным почечно-клеточным раком и нейроэндокринным раком поджелудочной железы — опухолями со значительной хромосомной анеуплоидией — драйверные раковые мутации не обнаружены. PCAWG исследователи выразили это так: «Определенных сочетаний приобретения и потери целых хромосом может быть достаточно для возникновения рака при отсутствии более прицельных драйверных мутаций». Так они описали ситуацию.

Причина совершенно разных ответов на лечение двух пациентов с одинаковым диагнозом — генетические различия опухолей.

Причины этого записаны в геномах опухолей. Поразительно, насколько раковый геном одного человека отличается от другого: тысячи различных сочетаний мутаций, способных вызвать рак, и более 80 разных процессов...

Примерно % 5 всех случаев рака рак с неизвестным первичным очагом (carcinoma of unknown origin) получают такой диагноз. Паттерны мутаций и то, какие гены затронуты, могут помочь определить, какой тип рака может быть у пациента.

Пристальный взгляд на мутации некодирующих областей

В анализе соматических некодирующих драйверов длинные некодирующие NEAT1 и MALAT1 РНКтакие ранее описанные некодирующие драйверы подвергаются проверке, и одновременно выявляются новые.

PCAWG исследователи обнаружили в промоторе TERT одноучастковые горячие точки, связанные с более высокой экспрессией TERT (промотор— участок ДНК, запускающий транскрипцию генов).

TOB1 имел влияние при раке желудка и молочной железы.

В случаях, когда сообщалось о промоторных мутациях TP53, дополнительных мутаций кодирующей области не было, что впервые указывает на сильную инактивацию TP53 некодирующими мутациями.

Исследователи также сообщили о новых кандидатных структурно-вариантных мутациях, поддерживающих онкогенез (раковое перерождение), например перестройках с участием генов AKR1C и BRD4.

Однако некодирующие драйверные мутации оказались редкими событиями. По мнению исследователей, более крупные наборы данных и технологический прогресс продолжат выявлять новые некодирующие драйверы, хотя и со значительно меньшей частотой, чем кодирующие белки.

Молекулярные часы

Исследователи также рассмотрели, возникали ли мутации рано или поздно в эволюции рака. Понятие молекулярных часоврассматривали через определение, являются ли мутации клональными (возникающими во всех раковых клонах) или субклональными (в части клонов) и предшествовали ли клональные события субклональным.

Среди 2583 образцов обнаружено 47 миллионов точечных мутаций: % 22 были ранними клональными событиями, % 7 — поздними клональными, % 53 — неопределенными клональными и % 17 — неопределенными субклональными. В панели из 453 генов-драйверов рака они выявили доли % 29 ранних клональных, % 5 поздних клональных, % 56 неопределенных клональных и % 8 субклональных событий среди 5913 онкогенных точечных мутаций.

Драйверные мутации KRAS , TP53 и PIK3CA , а из некодирующих драйверных мутаций — TERT, считались ранними событиями развития рака. Исследователи отметили, что мутационная подпись со временем менялась в % 40 опухолей.

Как врачу использовать это богатство знаний?

«Панраковый проект дает дорожную карту того, как следует собирать и анализировать геномы. Мы разработали высококачественные стандартизированные процессы анализа геномов и их объединенного представления», говорит на пресс-конференции доктор Lincoln D. Stein, один из руководителей проекта. «В этом проекте обнаружены те же пути, что определялись секвенированием экзома, и мы нашли еще множество способов развивать эти пути», добавляет он.

Кроме того, в определенном раке какие сигнальные пути / пути роста и гены изменены — наша способность понимать это возросла, и теперь мы точнее увидим изменения в опухоли пациента. Таким образом, более прицельные методы лечения мы сможем использовать.

Раньше, глядя только на последовательность экзома, примерно у трети приходящих в клинику пациентов мы оставались бы в неведении относительно генома опухоли. Прецизионная онкология Для продолжения такой работы у нас не было бы информации.

Однако важное ограничение этих исследований — отсутствие клинических данных, связывающих их с лечением пациентов.

Продолжающийся проект ICGC ARGO работает именно над восполнением этого пробела. В дополнение к публикациям проекта PCAWG они собирают клинические и геномные данные 100.000 онкологических пациентов.

После сбора достаточных данных, связывающих геномные сведения с клиническими исходами, начнут создавать помогающие врачу определять лучшие варианты лечения с помощью молекулярной и геномной информации пациента машинное обучение и системы поддержки решений.

Однако тестирование ракового генома не станет в ближайшее время доступным в любой онкологической клинике. В отличие от доступного сейчас тестирования мультигенными панелями, лабораторные процессы и стандартизацию полногеномного секвенирования потребуется передать центрам генетического тестирования.

Кроме того, существуют расходы на эксплуатацию этих новых инструментов генетического тестирования и анализ полученных данных. Сейчас это довольно дорого, но со временем стоимость снизится. Технология не войдет в использование прямо завтра, но через несколько лет станет доступнее.

Связанная тема:

- Что такое секвенирование нового поколения (Next-Generation Sequencing, NGS)? Применение в онкологии