Инновационный анализ поможет онкологическим больным
Выявление эпигенетических маркеров в раковых клетках сделает лечение более эффективным.
В течение многих лет ученые знали, что онкологические заболевания могут быть вызваны генетическими мутациями, но недавно удалось обнаружить, что и химические модификации генов также могут способствовать возникновению рака.
Эти изменения, известные как эпигенетические модификации, контролируют работу гена — они способны буквально «включать» и «выключать» его. Анализируя эти изменения, можно определять и тип опухоли пациента, и то, как его организм будет реагировать на те или иные лекарственные препараты.
Команда инженеров-химиков Массачусетского технологического института разработала быстрый и надежный способ обнаружения эпигенетических модификаций — метилирование, которое поможет врачам разрабатывать индивидуальное лечение для каждого пациента. «Анализировать эти изменения довольно сложно, но мы пытаемся сделать этот процесс как можно проще и дешевле», — говорит Хэдли Сайкс, доцент кафедры химической инженерии.
Метилирование изменяет функцию гена без изменения последовательности его ДНК. В некоторых видах рака ген MGMT выключается, когда метильные группы воздействуют на определенные места в последовательности ДНК, а именно — на цитозин, который находится рядом с гуанином. Когда это происходит, белки связывают метилированные основания и выключают ген, блокируя его от копирования в РНК.
«Современные методы обнаружения метилирования цитозина хорошо работают для крупномасштабных исследований, но тяжело адаптируются к лечению конкретного пациента», — говорит Хэдли Сайкс. Большинство методов требуют обязательного преобразования: образец ДНК подвергается обработке бисульфитом, который преобразует неметилированный цитозин.
«В случае с лечением пациентов вы должны очень точно рассчитать, сколько времени подвергать образец бисульфированию, а когда у вас есть ограниченное количество образцов, то рассчитать нужное время реакции очень сложно — риск деградации ДНК очень высок», — поясняет эксперт.
Новая технология полагается на белок, называемый метил-связывающим доменом (MBD), который является частью механизма клеток. Этот белок распознает метилированную ДНК и связывается с ней.
Другой ключевой компонент системы — биочип, который представляет собой предметное стекло с покрытием из сотен образцов ДНК, комплементарных последовательностям изучаемого гена. Любые цепочки исследуемого образца, которые соответствуют последовательностям на биочипе, будут легко заметны.
Затем исследователи сравнивают слайд с образцом MBD — если образец связывается с молекулой ДНК на чипе, то это означает, что цепочка метилирована. Связывание между ДНК и белком MBD может быть обнаружено либо путем добавления в белок флуоресцентного красителя, либо разработки фоточувствительной молекулы, которая образует гидрогель при воздействии света.
«Эта техника, которая серьезно уменьшает количество времени, необходимого для анализа эпигенетических модификаций, может стать очень ценным инструментом исследования, а также эффективным диагностическим прибором для больных раком», — считает Андреа Армани, профессор химической инженерии и материаловедения в Университете Южной Калифорнии.