Когда клетка развивается в опухоль, что-то пошло ужасно неправильно: безудержный рост, вторжение в соседние ткани и наконец метастаз – результат многих последовательных мутаций ДНК. Такое накопление уничтоженного генетического материала часто происходит из начальных экологических воздействий, ферментативных действий или дефектов в повторении ДНК или механизмах ремонта ДНК. Каждое из тех начальных мутагенных условий создает их собственный образец повреждения ДНК, названного мутационной подписью.
Расшифровка их могла теоретически позволить нам прослеживать начальную причину опухоли, представлять ее свойства, и помощь находят терапевтическую стратегию.Однако чтение тех мутационных подписей в образцах опухоли является трудной задачей, поскольку большой объем мутаций, которые пациент приобретает в течение ее жизни, создает шумную и безудержную систему – даже лучшие клинические данные, самое большее, обеспечат только ассоциации. Поэтому группа Джоанны Лойзоу, Научного руководителя в Научно-исследовательском центре CeMM для Молекулярной Медицины австрийской Академии наук, в сотрудничестве с исследователями от Института Wellcome Trust Sanger, развивала экспериментальную установку, чтобы утвердить понятие мутационных подписей в клеточной культуре.
В специальных линиях клетки человека, оптимизированных для редактирования генома, исследователи разрушили девять различных генов – один ген за клеточную линию – для ремонта ДНК, используя технологию CRISPR-Cas9. Впоследствии, они вырастили единственные клетки из каждого из тех девяти экспериментов и позволили им распространяться в течение одного месяца. В конечном счете ученые проанализировали полноту мутаций, которые накопились по этому периоду времени в клеточной линии, происходящей от единственного прародителя, который испытывает недостаток в определенном гене ремонта ДНК.
Со специально разработанными вычислительными методами они смогли найти геномные шрамы, которые недостающий ген ремонта ДНК оставил в геноме затронутых клеток – они были почти идентичны мутационным подписям, найденным в раковых клетках.«Наши результаты утверждают мутационные подписи через все классы мутаций», Джоанна Лойзоу суммирует результаты. «Впервые, это теоретическое понятие было подтверждено в экспериментальной установке, которой высоко управляют». Однако единственный генный дефект не ограничен только одной мутационной подписью, Лойзоу добавляет: «Мы нашли, что некоторые дефекты в генах ремонта ДНК порождают многократные мутационные подписи различных классов». Обратное также верно, как Мишель Оуузу, Студент доктора философии в лаборатории Лойзоу и co-first автор статьи объясняют: «Мутационная подпись может не обязательно отразить дефект одного гена, как это могло также возникнуть посредством работы со сбоями другого связанного гена, вовлеченного в затронутый механизм ремонта ДНК».
Результаты этого исследования не только подтверждают аналитический принцип, который описывает мутационные процессы и развитие рака, мутационные подписи – прямое механистическое считывание определенных дисфункций клетки. Таким образом, даже если основной генный дефект неизвестен, мутационные подписи могли бы использоваться в качестве биомаркеров для молекулярной характеристики опухолей – новый диагностический инструмент, чтобы улучшить точное и персонализированное лечение рака.