Молекулярная биология в онкологии

— Пётр Михайлович, не могли бы вы рассказать, в чём заключается суть вашего метода?

— Есть вирусы, которые могут подавлять рак. Они обладают онколитическими свойствами. И они безвредны для здоровья человека. Этот способ лечения практически не даёт побочных эффектов. Возможно только кратковременное повышение температуры, что является положительным признаком, говорящим о том, что вирус в организме прижился и оказывает реакцию. Это легко снимается обычными жаропонижающими средствами.

— Когда метод станет широко применяться в практической медицине?

— Сейчас основная наша задача — сертифицировать те препараты, которые у нас есть. Эта работа поддерживается Минздравом и Минобрнауки. У нас есть несколько грантов, по которым мы испытываем эти препараты. Мы делаем новые варианты онколитических вирусов с усиленными свойствами. Скоро должны начаться доклинические испытания в институте имени Смородинцева в Санкт-Петербурге. Мы уже передали туда препараты. Врачи говорят, что на испытания уйдёт месяцев пять-шесть. Учитывая ситуацию с коронавирусом, я думаю, что в начале 2021 года испытания могут быть закончены и тогда мы уже сможем договариваться с клиниками о проведении клинических испытаний.

— Что собой представляет препарат, который должен пройти испытания?

— Препарат — это живой вирус, который выращивается на культурах клеток. Это лекарство нового типа, которого не нужно много. Важно, чтобы он попал в организме в те клетки, которые чувствительны к нему. А дальше он сам размножается. То есть лекарство само себя воспроизводит уже в том месте, где оно нужно. Это раствор, 100 млн вирусных частиц в 1 мл. Но самая большая проблема в этом лечении — это способ доставки вируса в опухоль, в случае с глиобластомой — в мозг, в ту область, где находится опухоль.

Если препарат ввести просто внутривенно, то очень небольшая часть вируса может попасть в опухоль. В кровотоке есть неспецифические факторы, которые этот вирус быстро инактивируют. Кроме того, в мозгу есть гематоэнцефалический барьер, который препятствует попаданию туда всяких нежелательных агентов, в том числе и вирусов. Поэтому вирусу очень трудно добраться до опухоли.

— Как вы смогли решить эту проблему?

Эти клетки, как торпеды, идут в очаги воспалений, где находится опухоль. Там вирус выходит из них и начинает убивать опухолевые клетки. Этот метод мы уже отработали на нескольких пациентах. Есть хорошие примеры, когда на МРТ или КТ видно, как опухоль уменьшается и исчезает. Но это происходит не у всех.

— Почему же одни и те же вирусы не справляются с одними и теми же видами опухолей?

— Дело в том, что каждый конкретный вирус нашей панели действует только на 15—20% пациентов. Остальные оказываются к вирусу устойчивы. Однако у нас есть много разных вирусов, и мы можем подобрать свой для любого пациента. Но для этого нужно иметь живые клетки пациента.

Сейчас мы разрабатываем такие тесты, которые могут по обычной биопсии быстро показать, к какому вирусу опухоль будет чувствительна. Это очень сложная работа. Возможно, в будущем специальные клинические лаборатории будут получать от пациентов все необходимые материалы и в режиме конвейера проводить тестирование, подбирать препараты и далее — лечение.

Но сейчас к нам обращаются те, кому уже никто не может помочь. Некоторые из них лечатся у нас по полгода и более. Если идёт стабилизация и видно, что опухоль не растёт, мы делаем перерыв до тех пор, пока рост не возобновится. Но есть случаи, когда рост не возобновляется. У нас есть пациент, который живёт уже четыре года, притом что шансов у него не было. Глиобластома — это смертельное заболевание, средняя продолжительность жизни с ним — 12—15 месяцев с момента постановки диагноза.

— Прежде всего должен сказать, что пока это экспериментальное лечение. Когда Макаров доложил об этом методе на совещании у президента, мне кажется, он не рассчитывал на то, что это вызовет такой резонанс. Сейчас меня буквально атакуют письмами десятки больных с просьбой помочь.

Мне кажется, что не стоило рассказывать про Заворотнюк. Я знаю, что родные Анастасии долгое время вообще не комментировали её состояние и не хотели, чтобы в прессе поднимали этот вопрос. Сам я Анастасию ни разу не видел. Ко мне обращались её близкие с просьбой о помощи. Я сказал, что мы могли бы на первом этапе протестировать её клетки.

Дело в том, что во время операции были забраны живые клетки опухоли и переданы в один из институтов, где их удалось вывести в культуру клеток, чтобы они делились в пробирке. Мы взяли их и протестировали на чувствительность к нашим онколитическим вирусам, которые мы рассматриваем как средство лечения глиобластомы. Обнаружилось, что из 30 вирусов 7—8 вполне подходящие. И на этом этапе мы остановились, потому что муж Анастасии Пётр Чернышов сказал, что сейчас ситуация более-менее спокойная, если будет крайняя необходимость, они к нам обратятся. Это всё, что касается Заворотнюк.

Но всё это мы делали и делаем в очень ограниченном масштабе. Сейчас, когда всё выплеснулось в СМИ, мы просто не справимся с таким валом пациентов.

— Можете ли вы прокомментировать связь между ЭКО и появлением глиобластомы? Есть такие исследования?

— Как я понимаю, этот вопрос опять поднят историей Заворотнюк. В данном случае у неё было ЭКО. Но это никак не говорит о том, что есть какая-то связь. Во-первых, ЭКО не так много делают и глиобластомы — это 1% всех опухолей. Глиобластома встречается не только у женщин. Я думаю, что никакой связи нет. Ведь как может воздействовать ЭКО? Повышается уровень половых гормонов. Но тех гормонов, которые достаточно физиологичные, и так всегда есть в организме. Они просто появляются в другое время и в другой дозе. И вряд ли могут оказать влияние именно на глиальные клетки, с тем чтобы они переродились.

— В мире ведутся подобные исследования по лечению глиобластомы? Что вам известно об этом?

— Мы не первые, кто проверяет вирусы на глиобластоме. Сейчас это очень горячая тема во всём мире. И разные вирусы тестируют для лечения разной онкологии во многих странах. Я знаю один случай, который начали лечить в 1996 году вирусом болезни Ньюкасла, это птичий вирус. И больной до сих пор живёт с глиобластомой. Это опубликованные данные. И есть ещё несколько случаев лечения с помощью рекомбинантных вирусов герпеса.

В прошлом году вышла нашумевшая работа о том, что 20% больных глиобластомой могут быть вылечены вакциной рекомбинантного вируса полиомиелита.

Но нейрохирурги — люди консервативные. Они ни за что не согласятся даже в порядке эксперимента проводить такие опыты на людях. Потому что они очень сильно рискуют, если будет осложнение. Поэтому мы должны дождаться доклинических испытаний, с тем чтобы потом убедить их опробовать схему с прямым введением вируса прямо в опухоль.

— А кто и когда впервые заметил действие вируса на раковые клетки?

— Ещё в начале ХХ века учёные заметили, что опухолевые клетки особенно хорошо размножают вирусы. После инфекционных вирусных заболеваний у некоторых больных при разных видах рака наблюдались ремиссии. И уже тогда возникла мысль о том, что в будущем можно будет лечить онкобольных с помощью вирусов.

В 1950-е годы в Америке проводились эксперименты по лечению рака безнадёжных больных с помощью патогенных вирусов. Считалось, что это меньшее зло по сравнению с самим раком. И тогда были получены положительные результаты. Но поскольку многие больные умирали от инфекционных заболеваний, возник очень большой резонанс. Врачи, которые начали это делать, дискредитировали всю эту область на долгие годы. Были введены дополнительные этические правила. Само упоминание о том, что вирусом можно лечить рак, стало табу.

В 1990-е годы уже стало понятно, как устроены вирусы, структура их генома. Учёные научились вносить изменения в геном вирусов, чтобы сделать их безвредными. И тогда во всём мире начался бум разработки препаратов на основе вирусов для лечения рака. Но тут новая беда. Этому стали сопротивляться фармацевтические компании. Потому что это совершенно другой способ лечения, который подрывает базу их благосостояния.

В начале 10-х годов нашего века многие небольшие компании разрабатывали препараты, которые потом проходили какие-то клинические испытания, были показаны какие-то многообещающие свойства. Но фармацевтические компании скупали эти разработки и практически прекращали деятельность этих небольших стартапов.

— Удалось ли кому-нибудь преодолеть фармацевтическое лобби и зарегистрировать препарат?

— Сейчас в мире зарегистрировано три препарата онколитических вирусов. Один препарат разрешён к использованию в США для лечения злокачественных меланом. Ещё один рекомбинантный аденовирус — в Китае, и один энтеровирус — в Латвии. Но, в общем-то, каждый из этих препаратов находит пока очень ограниченное применение, из-за того что все они действуют только на часть пациентов.

— Пётр Михайлович, а как давно вы ведёте свои исследования?

— Всю жизнь, ещё с 1970-х годов. Мне выпало такое время, когда мы вначале практически ничего не знали о вирусах. И по мере того, как мы что-то узнавали, мы вносили какой-то вклад в эту науку и сами учились. И я начинал как раз с вирусов. Потом переключился на проблему рака — фундаментальные механизмы деления клеток: как нормальная клетка превращается в рак. А потом снова вернулся в вирусологию.

Должен сказать, что и мои родители были вирусологами, они занимались противополиомиелитной кампанией. Моя мать в 1970-е годы изучала, как у детей образуются антитела к полиомиелитной вакцине, и она обнаружила, что у многих детей не образуются антитела. Оказалось, что в кишечнике у детей в это время шла бессимптомная инфекция другого безвредного энтеровируса. И он вызывал неспецифическую защиту от вируса полиомиелита. Поэтому вакцинный полиовирус не мог индуцировать антитела у этих детей. Эти безвредные вирусы были выделены из кишечника здоровых детей. И на их основе были созданы живые энтеровирусные вакцины, которые испытывались для того, чтобы предотвращать какие-то ещё неизвестные инфекции.

И вот мы решили возобновить тот подход, который был предложен моей мамой, когда используется панель энтеровирусов. Оказалось, что те больные, которые нечувствительны к одному вирусу, могут быть чувствительны к другому. Возникла идея подбора вируса под пациента. Мы разработали целую панель собственных вирусов, которые могут также обладать усиленными свойствами. Мы продолжаем эту разработку.

— Ваши вирусы могут побеждать рак. А есть вирусы, которые вызывают развитие опухоли?

— Да. Например, рак шейки матки в 95% случаев вызывается вирусом папилломы. Сейчас уже есть даже вакцины против онкогенных папилломовирусов 16—18-го серотипа, которые применяются для девочек, чтобы не заболевали раком шейки матки. Но это самый большой пример. У большинства видов рака сейчас можно полностью исключить вирусную природу.

— Вы используете естественные вирусы или конструируете их?

— У нас разные есть вирусы. Как я говорил, первая панель была выделена из кишечника здоровых детей. Это природные непатогенные вирусы, которые, кстати говоря, хорошо защищают детей от многих вирусных инфекций. Кроме того, мы делаем синтетические и рекомбинантные вирусы, когда мы вводим определённые изменения в их состав, которые усиливают их онколитические свойства.

— На планете есть ещё места, где может быть очень много вирусов, о которых мы ещё и понятия не имеем. Например, те, что живут в океанских глубинах. Как вы считаете, если вдруг кто-то возьмётся за изучение океана именно с точки зрения вирусов, там могут найтись полезные для вас?

— Да, и сейчас это тоже очень горячая тема. Когда разработали метод секвенирования геномов, ДНК, РНК, то возник соблазн: профильтровать сточные воды, океанические воды, из прудов, морей. Уже пробурили скважину в Антарктиде к древнему озеру, чтобы посмотреть, что там, выделить оттуда биологические компоненты и секвенировать их. И оказывается, что нас окружает огромное количество вирусов, которые абсолютно безвредны. И такое впечатление, что наше исходное представление о вирусах как о чём-то вредном и вызывающем только болезни неверно. Болезнетворный вирус — скорее исключение, чем правило.

Джерри Мелино — профессор молекулярной биологии, возглавляет Центр передовых исследований в области онкологии университета Tor Vergata (Рим, Италия), является руководителем программы Совета медицинских исследований отделения токсикологии Кембриджского университета (Великобритания), а также руководителем направления, в рамках которого пять исследовательских групп изучают взаимодействия генов и окружающей среды после поражения токсинами.

— Каков основной фокус работы лаборатории?

Джерри Мелино: Предварительно мы обозначили основное направление работы лаборатории как молекулярную биологию рака. В частности, речь о механизмах защиты организма от рака. В первую очередь это белок p53. Его мутантная форма связана как минимум с 50% случаев рака у людей. Кроме того, мы будем работать с родственным белком p73 и другими.

Мы начинаем с белка p53, потому что соответствующий ген открыли в 1979 году, после чего довольно быстро выяснилось, что как минимум в 50% опухолей человека имеют место мутации p53. Этот ген имеет большое значение для предотвращения роста опухоли.

Р53 — один из главных противораковых генов, и уже 40 лет мы пытаемся понять механизмы его работы, но ситуация так и не прояснилась окончательно. До сих пор не существует эффективного метода лечения, воздействующего на p53.

Чуть более 15 лет назад по счастливому стечению обстоятельств открыли два гена, которые назвали p63 и p73. Назвали не потому, что цифры 6 и 7 что-то значат, а просто по аналогии (чтобы показать принадлежность к семейству). Эти два гена чрезвычайно похожи на p53 и могут заменять его в некоторых случаях, они гены-онкосупрессоры — подавляют рост опухоли. Понимание того, как функционирует это семейство генов, может дать нам идеи для разработки лекарств.

Александр Каганский: Появление новой лаборатории даст возможность сфокусированно определить роль мастер-регуляторов, которые одновременно участвуют в развитии онкологических заболеваний и в дифференцировке клеток. Это позволит нам понять, на каком этапе дифференцировки они начинают развиваться по онкологическому пути. Ранее в Эдинбурге у меня была совместная работа по белку p53. Вместе со студентами с Дальнего Востока мы нашли малые молекулы, которые определенным образом влияют на клетки с мутированным белком p53. В сотрудничестве с лабораторией Павла Волчкова мы можем создавать генетически модифицированные клеточные системы для точного определения роли различных изоформ мастер-регуляторов и разложить по полочкам молекулярные роли изоформ белков p53.

— Правильно ли будет сказать, что вы будете проверять свои гипотезы, выработанные в рамках работы лаборатории, через большие данные, то есть апробировать на реальных людях?

Александр Каганский: Надо очень аккуратно подходить к этому вопросу. Во-первых, мы все же не медицинская клиника, а во-вторых, как вы знаете, доступ к персонализированным медицинским данным находится под специальной охраной, поэтому должен быть выработан определенный протокол, согласно которому мы могли бы получить доступ к этим данным. И мы готовы инициировать эту процедуру и уже обсуждали это с ведущей клиникой Московской области МОНИКИ. Но все эти протоколы прежде всего необходимо проработать с точки зрения законодательства, и только после этого ученые смогут работать с реальными данными. Пока что мы говорим, что модели будут разрабатываться на отдельных массивах данных, где мы точно имеем все разрешения от самих пациентов. Также мы общаемся с рядом специализированных онкологических клиник. Дальнейшая работа с большими массивами возможна только после получения всех специальных разрешений.

— Соответственно, конечная цель лаборатории — выйти уже на исследования, связанные с людьми, а не только в in vitro. Или это не так?

Джерри Мелино: Вначале мы не будем работать с пациентами. Все будет проходить in vitro, в лабораторных условиях. Возможно, будем работать с мышами, c экспериментальными моделями in vivo. В других наших лабораториях мы проводим полногеномное секвенирование ДНК онкобольных, накапливаем огромные массивы данных, чтобы наглядно видеть и сравнивать значения уровней регуляции экспрессии с имеющимися данными.

Павел Волчков: Во-первых, многие клиники уже сами стали собирать и анализировать эти данные. Другое дело, как организовать это в центральный хаб, чтобы можно было соорганизовать эти разрозненные данные. Мы бы хотели сделать этот массив единым, глобальным и, безусловно, с соблюдением всех мер предосторожности по разглашению персональных данных, чтобы в дальнейшем использовать для научных, а впоследствии и для традиционных целей для эффективной борьбы с раком после появления новых диагностических инструментов и средств терапии.

— Каких ближайших результатов вы ждете от работы лаборатории?

Павел Волчков: Лаборатория была открыта буквально только что. Пока надо технически запустить лабораторию, и мы надеемся, что она как можно быстрее интегрируется в научную и образовательную деятельность. Есть небольшой бонус в том, что это международный проект и этот процесс адаптации должен пройти максимально быстро, потому что некоторые наработки могут быть транслированы и от зарубежных лабораторий доктора Мелино, например, в Кембридже или Университете Рима. Александр Кагановский сказал, что собирается перенести в лабораторию свой проект с Дальнего Востока, так что это не будет чистой воды стартап.

— Что значит интеграция лаборатории в образовательный процесс?

Джерри Мелино: Прежде всего через привлечение к работе лаборатории наиболее блестящих студентов, а также тех, кто планирует поступать в аспирантуру или уже в ней учится. Также мы обсуждаем с ректором вопрос включения лаборатории в программу аспирантского образования. Я уже работал с аспирантами из России в своих лабораториях в Риме и в Лондоне. Так что одна из образовательных идей нашей лаборатории — находить талантливых студентов, которые могли бы в дальнейшем продолжить свое образование в аспирантуре.

— Какую промежуточную цель вы ставите перед собой?

Джерри Мелино: Сейчас наша непосредственная задача — получить in vitro-модель для идентификации транскрипционных генов-мишеней p53 и их связи с раком. Это вполне реализуемо. В Великобритании уже есть готовые клеточные линии. Новые клеточные линии мы можем получить и здесь. Можем провести скрининг, а потом можно обратиться к базе данных по онкологии, чтобы оценить значение для выживаемости при раке.

— И последний вопрос уже к доктору Мелино: в чем разница между российскими университетами и иностранными, где вы работали?

Джерри Мелино: Не так просто ответить на ваш вопрос, потому что я все-таки не так хорошо знаю российские университеты. В России все же возраст аспирантов выше, чем, например, в Великобритании, где к 25 годам аспиранты заканчивают свои PhD и готовы уже к постдоку. В Италии университет заканчивают в 24–25, аспирантуру заканчивают в среднем в 28 лет, что, как мне кажется, сопоставимо с Россией. И мне кажется, что это слишком большой срок для подготовки их выхода на рынок труда.

Молекулярная диагностика в онкологии

Источник: Материалы третьей ежегодной Российской онкологической конференции
29 ноября - 1 декабря 1999 года, Санкт-Петербург

ПЕРСПЕКТИВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИАГНОСТИКИ В ОНКОЛОГИИ. К.П. Хансон
НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова

Достижения генетики и молекулярной биологии последних десятилетий оказали огромное влияние на понимание природы инициализации и прогрессии злокачественных образовании. Окончательно установлено, что рак представляет собой гетерогенную группу заболеваний, каждое из которых вызывается комплексом генетических нарушений, определяющих свойство неконтролируемого роста и способность к метастазированию. Эти современные знания открыли принципиально новые возможности в диагностике и лечении злокачественных новообразований.

Влияние конкретных генетических нарушений, лежащих в основе опухолевого роста, позволило обнаружить специфические молекулярные маркеры и разработать на их основе тесты ранней диагностики опухолей.

Известно, что неопластические трансформация клеток происходит в результате накопления наследуемых (герминативных) и приобретенных (соматических) мутаций в протоонкогенах или генах-супрессорах. Именно эти генетические нарушения с первую очередь могут быть использованы для обнаружения злокачественных клеток в клиническом материале.

Наиболее подходящим субстратом молекулярной диагностики является ДНК, т.к. она длительно сохраняется в образцах тканей и может быть легко размножена с помощью т.н. полимеразной цепной реакции (ПЦР). Это позволяет осуществлять диагностику даже при наличии минимального количества исследуемого материала.

Помимо определения мутаций в онкогенах и генах-супрессорах в диагностических целях используют изменения, выявляемые в повторяющихся последовательностях ДНК, т.н. микро сателлитах.

При сравнении парных образцов опухоли и нормальных тканей может быть выявлено выпадение одного из аллелей в опухоли (потеря гетерозиготности (ПГ), что отражает наличие хромосомных делеций, лежащих в основе инактивации генов-супрессоров.

Микросателлитная нестабильность (МН) особенно характерна для наследуемой формы неполипозного рака толстой кишки. Она, однако, обнаруживается при многих других видах опухолей и проявляется как в инактивации генов-супрессоров, так и в делециях анонимных некодирующих последовательностей ДНК.

В целом, обнаружение клинических образцах ПГ и/или МН указывает на присутствие клеток, несущих искаженную информацию, свойственную опухолевому росту. Мутации в онкогенах и генах-супрессорах обнаруживаются также при использовании в качестве исходного материала клеточной РНК, которую превращают в реакцию обратной транскрипции в комплиментарную (С)-ДНК и амплифицируют с помощью ПЦР. Данный метод (RT-ПЦР) широко применяют для выявления экспрессии генов в различных тканях.

Известно, что нормальные и опухолевые клетки различаются по экспрессии многих сотен генов, поэтому разработаны современные методы серийного анализа экспрессии, основанные на технологии микрочипов и позволяющие оценивать сотни и даже тысячи генов одновременно.

Одним из новых перспективных молекулярных маркеров опухоли является телоизомераза, рибонуклеопротеиновый фермент, наращивающий нуклеотидные последовательности на концах хромосом (теломерах) активность данного фермента постоянно присутствует в более чем 90% опухолей и практически не обнаруживается в нормальных тканях. Несмотря на несомненную перспективность и высокую точность методов молекулярной диагностики, вопрос об их специфичности и чувствительности сохраняет свою актуальность. Это связано с тем, что опухоли всегда состоят из смеси нормальных и злокачественных клеток, поэтому выделяемая из них ДНК также гетерогенна, что необходимо учитывать при решении вопроса о применимости молекулярных тестов.

Тем не менее, методики, базирующиеся на ПЦР, технологически исключительно чувствительны и способны обнаруживать специфические генетические нарушения задолго до формирования морфологически определяемой опухоли.

В настоящее время сформировалось несколько направлений использования молекулярных тестов в онкологии.

1) Раннее выявление опухолей наиболее часто основывается на определении мутаций ras и p53, обнаружение которых позволяет в некоторых случаях судить о стадии опухолевого процесса. Информативным ранним маркером рака толстой кишки служат мутации гена АРС, обнаруживаемые более чем в 70% аденом. Микросателлитные маркеры высоко эффективны в ранней диагностике рака мочевого пузыря и простаты. Широкий спектр опухолей может быть диагностирован с использованием протоколов активности телоизомеразы.

2) Метастазирование и распространенность опухоли также могут оцениваться с применением молекулярных тестов. Наиболее часто для этих целей используют RT-PCR метод выявления изменений экспрессии генов в опухолевых клетках.

3) Анализ цитологических и гистологических препаратов с помощью молекулярных тестов находит все более широкое применение. Примером может служить определение HPV вирусов при раке шейки матки, а также применение молекулярных тестов для выявления мутаций онкогенов непосредственно на гистологических срезах.

4) Промежуточные биомаркеры служат для выявления клональных и генетических изменений, позволяющих предсказать появление опухолей. Эти маркеры успешно используются для оценки эффективности онкопротекторов на популяционном уровне.

5) Генетическое тестирование онкологического риска стало возможным в связи с открытием генов предрасположенности к онкологическим заболеваниям, что оказалось особенно актуальным для оценки риска среди членов так зазываемых "высоко раковых" семей

ДНК-тестирование успешно применяется при различных наследуемых опухолях: ретинобластоме, полипозе кишечника, множественных эндокринных опухолях второго типа (MEN2) вслед за клонированием генов предрасположенности к раку молочной железы и яичников (BRCA I BRCA 2) развернулось широкое обследование групп риска семейного рака данных локализаций.

Одна из существенных проблем, возникающих при диагностике семейной предрасположенности к РМЖ, касается социальных и психологических последствий выявления у пациентов данных мутаций.

Однако при правильной организации генетического консультирования и соблюдения этических норм и принципа конфиденциальности применения молекулярных тестов в группах риска, безусловно, полезно и необходимо.

В заключение следует подчеркнуть, что внедрение современных методов молекулярной диагностики в широкую онкологическую практику неизбежно потребует серьезного технического перевооружения существующих клинических лабораторий, а также специально подготовленного персонала. Сами методы диагностики при этом должны пройти масштабные клинические испытания с учетом принципов рандомизации.

Биология XX века расшифровала молекулярные основы жизни.

Со всей очевидностью продемонстрировано, что любой живой организм состоит из многообразных раздельных форм.

Тем самым удалось существенно приблизиться к практическому решению ряда принципиальных вопросов, которые связаны с диагностикой и лечением онкологических заболеваний.

Показательно, что ранее присуждения Нобелевской премии Кери Мюллису за открытие в 1983 году полимеразной цепной реакции (ПЦР), ученый был награжден премией Международной федерации клинической химии и лабораторной медицины. Действительно, как убеждают теоретические расчеты, использование метода ПЦР позволяет обнаружить наличие у пациента опухолевого очага размером от 0,01 мм3.

Применение молекулярно-биологических технологий диагностики в практической онкологии подчинено решению следующих вопросов:

• диагностика наследственных форм рака;
• определение молекулярных маркеров ранних (доклинических) стадий развития опухоли;
• диагностика молекулярных маркеров неблагоприятной динамики заболевания;
• поиск опухолевых маркеров рецидива опухоли, а также выявление микрометастазов;
• определение полиморфных молекулярных маркеров, ассоциирующихся с повышенным риском развития того или иного типа опухоли. Фундаментальные исследования молекулярных основ канцерогенеза выявили ключевую роль в нем повреждения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Определены и наиболее значимые в данном случае эффекты:

• хромосомные перестройки и мутации генов;
• онкогенное влияние ряда вирусов, способных взаимодействовать с геном клеток и встраиваться в молекулу ДНК.

Можно считать доказанным, что делеции определенных участков хромосом обуславливают заболевания различными типами рака (Табл.1).

Таблица 1. Хромосомные мутации при основных злокачественных новообразованиях.

Не менее ясно, что мутации таких генов, как BRCA1, BRCA2, TP53, CHEK2, ATM, PIK3CA, ING4 вовлечены в процесс канцерогенеза при раке молочной железы; HRAS1, CDKN2A, p14ARF/p15 — при раке мочевого пузыря; RNASEL, ELAC2, MSR1, RTEN, KLF6, FEZ1 — при раке предстательной железы; VHL, TP53, CDKN2A — при раке почки.

К настоящему времени изучено большое количество онкогенов или доминантных раковых генов, активация которых вызывает злокачественную трансформацию клетки. Таким образом, в организме инициируется процесс формирования ее опухолевого клона.

Пристальное внимание уделяют классу антионкогенов или генам-супрессорам, продукты, которых угнетают митотическую активность клеток.

Наиболее мощным и универсальным в данном случае является ген p53, который в геноме человека размещен на коротком плече хромосомы 17 (локус 17p13.1). Соответствующий ген кодирует биосинтез ядерного фосфопротеида, включающего 393 аминокислотных остатков. Указанное соединение выполняет регуляторную роль в цикле клеточного деления. Продукт гена p53 также отвечает за процесс апоптического самоустранения клеток, которые получили критические повреждения ДНК.

Дезорганизация нормального функционирования гена p53 сопряжена с утратой контроля над клеточным циклом. В результате этого клетки, несмотря на имеющиеся повреждения молекулы ДНК, продолжают активно пролиферировать, что приводит к развитию опухоли.

Установлено наличие тесной взаимосвязи между инактивацией гена p53 и возникновением свыше 50 видов различных злокачественных новообразований (рак легкого, молочной железы, шейки матки, яичников и др.).

Ген RB1, который также входит в класс генов-супрессоров опухолевого роста, оказался первым геном, на примере которого Кнудсон еще в 1971 году сформулировал двухударную теорию канцерогенеза.

Первое из них — мутация, приводящая к образованию клетки, для которой повышен риск злокачественной трансформации. Подробные мутации могут возникать как в соматических, так и в половых (герминальных) клетках. При обнаружении носительства герминальной мутации в гене RB1 у плода, риск развития ретинобластомы составляет 90%.

Структурные изменения, затрагивающие ген RB1, и/или потеря гетерозиготности в области 13q14 были обнаружены в таких опухолях, как мелкоклеточный рак легкого (15%), опухоли яичников, молочной железы (25%), что подчеркивает роль RB1 в регуляции нормального функционирования различных тканей.

Наличие тесной взаимосвязи отдельных генов в регуляции процессов пролиферации, дифференцировки и апоптоза клетки, позволяет считать вероятным их комплексное повреждение при канцерогенезе.

В связи с этим неизменно актуальные поиски причинно-следственной связи инактивации соответствующих генов с процессом опухолевой трансформации.

Изучение механизмов возникновения и прогрессирования опухоли позволило охарактеризовать значение не только структурных изменений генов, но и эпигенетических (функциональных) факторов их регуляции (изменения, не влияющие на нуклеотидную последовательность ДНК, но сопряженные с нарушением экспрессии гена).

В результате дисбаланса метилирования наступает блокировка синтеза белковых продуктов, которые необходимы для физиологической регуляции клеточного цикла, процессов дифференцировки и апоптоза. Все это приводит к опухолевой трансформации клетки.

Аномальное метилирование как механизм, приводящий к инактивации генов-супрессоров опухолевого роста, впервые был описан для гена RB1 (Sakai et al., 1991).

Для ДНК-диагностики сейчас используют разнообразные методы скрининга мутаций. Наиболее доступна идентификация мутаций, изменяющих длину амплифицированных фрагментов, которые затем выявляют при электрофоретическом анализе.

Протяженные делеции могут быть выявлены с помощью анализа полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) или с использованием дозового блотгибридизационного анализа.

С целью поиска точковых мутаций, небольших делеций и инсерций в исследуемых генах используют множество различных подходов, основанных на методе полимеразной цепной реакции. Продукты амплификации являются объектами дальнейшего поиска мутаций с помощью ряда методов, позволяющих выявлять различные структурные изменения.

Метод метилчувствительной полимеразной цепной реакции

Для определения метилирования уже известных последовательностей ДНК применяют метод метилчувствительной ПЦР (МЧ-ПЦР).

Метилспецифическая полимеразная цепная реакция (МС-ПЦР) — метод, позволяющий оценивать состояние метилирования индивидуальных CpG-островков независимо от расположения сайтов узнавания метилчувствительных рестриктаз и особенностей метилирования аллей различного родительского происхождения.

Необходимым условием проведения исследований в области функциональной геномики и протеомики является наличие технологий и специализированного оборудования для высокопроизводительного анализа многокомпонентных биологических микрочипов (биочипов). Разработка биочиповой технологии стала возможной благодаря достижениям в области промышленного производства миниатюрных устройств, несущих многие десятки тысяч функциональных элементов на поверхностях ограниченной площади.

Идея использовать для гибридизационного анализа ДНК плоские стеклянные слайды-пластины (ДНК-биочипы) с иммобилизованными на них синтетическими олигонуклеотидами возникла в конце 1980-х — начале 1990-х годов в связи с необходимостью проведения структурного анализа протяженных фрагментов геномной ДНК.

Биочип, как правило, представляет собой слайд-пластинку площадью от 0,1 до 10 см3 с фиксированными на поверхности в виде индивидуальных микроточек (диаметр от 10 до 500 мкм) образцами биологически активных веществ.

Современные технологии микропечати позволяют наносить на биочип десятки тысяч индивидуальных образцов нуклеиновых кислот, белков, пептидов, полисахаридов, культур клеток, микроорганизмов и т.д. При этом необходимые количества индивидуальных препаратов составляют подчас лишь триллионные и миллиардные доли грамма (пико- и нанограммы).

Практически любые органические субстанции после несложной предварительной обработки могут быть подвергнуты анализу с помощью биочипа. Для этого экстрагированные из препаратов и химически модифицированные нуклеиновые кислоты (ДНК и рибонуклеиновая кислота (РНК)) или белки должны быть перенесены на поверхность микрочипа, с тем, чтобы осуществить регистрацию процессов межмолекулярных взаимодействий на поверхности биочипа за счет использования флуоресцентных, хемилюминесцентных или масс-спектрометрических методов.

С известной условностью можно выделить три основных типа ДНК-биочипов используемых в качестве диагностического инструмента:

• биочипы для сравнительного гибридизационного генетического анализа;
• биочипы для исследования уровней экспрессии генов;
• биочип для выявления мутаций и участков (сайтов) полиморфизма.

В настоящее время накоплен огромный объем информации, характеризующие профили экспрессии генов в клетках нормальных тканей, опухолевых клеточных линиях и трансформированных клетках из опухолевых тканей. Полученные данные включают в специализированные базы данных, которые содержат программные средства, помогающие правильно интерпретировать результаты сравнительных анализов профилей экспрессии в контексте известных биохимических схем.

Если принимать во внимание только максимально перспективные исследования, уже сейчас не трудно выделить шесть научно-прикладных направлений молекулярной диагностики в онкологии:

• идентификация маркеров, которые характерны для пусковых стадий опухолевого роста;
• обнаружение генетических нарушений, сигнализирующих о реальности неблагоприятного прогноза развития заболевания и высокой инвазивности опухоли (выраженность ее метастатического потенциала, невосприимчивость к рационально назначаемой терапии, короткая продолжительность достигаемых периодов ремиссии, значительное ухудшение качества жизни пациента);
• диагностика наличия микрометастазов;
• тестирование наследственных форм опухоли;
• поиск маркеров (полиморфных форм ДНК), определяющих эффективность химиотерапии и назначения таргетных препаратов (таргетная терапия основана на коррекции молекулярных дефектов, которые возникают в геноме клетки при опухолевой трансформации);
• анализ ДНК-полиморфизмов, повышающих риск развития конкретного типа опухоли в группах риска.

Необходимым итогом молекулярно-генетических исследований онкологии должно стать создание комплексной диагностической системы, которая будет эффективно интегрировать новейшие достижения молекулярной генетики, фундаментальной и прикладной биохимии, а также клинической онкологии.