Исследователи из австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Университета Квинсленда (AIBN) обнаружили уникальную наноразмерную ДНК-сигнатуру, которая, по-видимому, является общей для всех видов рака.

Основываясь на этом открытии, команда разработала новую технологию, которая позволяет быстро и легко выявлять рак из любого типа ткани, например крови или биопсии.

Исследование, которое было поддержано грантом Национального фонда рака молочной железы и опубликовано в журнале Nature Communications , раскрывает новое понимание того, как эпигенетическое перепрограммирование при раке регулирует физические и химические свойства ДНК и может привести к совершенно новому подходу к диагностика на месте оказания медицинской помощи.

«Поскольку рак является чрезвычайно сложным и изменчивым заболеванием, было трудно найти простую сигнатуру, общую для всех видов рака, но отличную от здоровых клеток», — объясняет исследователь AIBN доктор Абу Сина.

Чтобы решить эту проблему, доктор Сина и доктор Лаура Карраскоса, которые работают с профессором Мэттом Трау в AIBN, сосредоточились на том, что называется циркулирующей свободной ДНК.

Как и здоровые клетки, раковые клетки всегда умирают и обновляются. Когда они умирают, они по существу взрываются и выпускают свой груз, включая ДНК, которая затем циркулирует.

«Была большая охота, чтобы выяснить, есть ли какая-то особая ДНК-сигнатура, которая есть только в раке, а не в остальной части тела», — говорит доктор Карраскоса.

Поэтому они изучили эпигенетические паттерны в геномах раковых клеток и здоровых клеток. Другими словами, они искали структуры молекул, называемых метильными группами, которые украшают ДНК. Эти метильные группы важны для функционирования клеток, потому что они служат сигналами, которые контролируют, какие гены включаются и выключаются в любой момент времени.

В здоровых клетках эти метильные группы распределены по всему геному. Тем не менее, команда AIBN обнаружила, что геном раковой клетки практически бесплоден, за исключением интенсивных кластеров метильных групп в очень специфических местах.

Эта уникальная сигнатура, которую они назвали «метилическим ландшафтом» рака для ландшафта метилирования, появилась у всех исследованных ими типов рака молочной железы и при других формах рака, включая рак простаты, колоректальный рак и лимфому.

«Практически каждый кусочек раковой ДНК, который мы исследовали, имел такой предсказуемый характер», — говорит профессор Трау.

Он говорит, что если вы думаете о клетке как о жестком диске, то новые результаты показывают, что для запуска рака необходимы определенные генетические программы или приложения.

«Кажется, это общая черта для всех видов рака», — говорит он. «Это потрясающее открытие».

Они также обнаружили, что, будучи помещенными в раствор, эти интенсивные кластеры метильных групп заставляют фрагменты раковой ДНК складываться в трехмерные наноструктуры, которые действительно любят прилипать к золоту.

Воспользовавшись этим, исследователи разработали анализ, в котором используются наночастицы золота, которые мгновенно меняют цвет в зависимости от того, присутствуют ли эти трехмерные наноструктуры раковой ДНК.

«Это происходит в одной капле жидкости», — говорит Трау. «Вы можете обнаружить это на глаз, это так просто».

Технология также была адаптирована для электрохимических систем, что позволяет недорогое и портативное обнаружение, которое в конечном итоге может быть выполнено с помощью мобильного телефона.

Пока что они протестировали новую технологию на 200 образцах при различных типах рака человека и здоровых клетках. В некоторых случаях точность обнаружения рака достигает 90%.

«Это работает для геномной ДНК, полученной из ткани, и циркулирующей свободной ДНК из крови», — говорит Сина. «Это новое открытие может изменить ситуацию в области диагностики рака в местах оказания медицинской помощи». Оно пока не идеально, но это многообещающее начало и со временем станет только лучше, говорит команда.

«Мы, конечно, еще не знаем, является ли это Святым Граалем или нет для всех видов диагностики рака, — говорит Трау, — но это выглядит действительно интересно как невероятно простой универсальный маркер рака и как очень доступная и недорогая технология, которая не требует сложного лабораторного оборудования, такого как секвенирование ДНК».

По материалам phys.org