Анализ геномов трехлетних сестер-близнецов – одной здоровой, а другой – с агрессивной лейкемией – привел к тому, что международная группа исследователей определила новую молекулярную мишень, которая могла бы стать способом лечения повторяющихся и смертельных злокачественных новообразований.
Ученые из Китая и США сообщают о своих выводах онлайн, февраль. 9 в Nature Genetics. Исследование указывает на молекулярный путь с участием гена SETD2, который может мутировать в клетках крови во время критического этапа, когда ДНК транскрибируется и реплицируется.
Выводы основаны на уникальной редкой возможности сравнить полные геномы монозиготных сестер-близнецов (что означает, что они произошли от одного яйца). Это привело к серии последующих экспериментов на человеческих образцах от пациентов с лейкемией и на мышиных моделях болезней человека. Эти тесты подтвердили и расширили первоначальные результаты, полученные исследователями из образцов крови сестер-близнецов, по словам Ган Хуанга, доктора философии, соавтора-корреспондента и исследователя из отделов патологии, экспериментальной гематологии и биологии рака в Медицинском центре детской больницы Цинциннати.
"Мы предположили, что монозиготные близнецы, дискордантные по лейкемии человека, будут иметь идентичный наследственный генетический фон и хорошо сочетающиеся тканеспецифические события," Хуанг сказал. "Это дало прочную основу для сравнения и анализа. Мы определили мутацию гена с участием SETD2, которая способствует инициации и прогрессированию лейкемии, способствуя потенциалу самообновления стволовых клеток лейкемии."
Геномы сестер-близнецов сравнивали в лаборатории соавтора-корреспондента Цянь-фей Вана, доктора философии, Пекинского института геномики Китайской академии наук в Пекине, Китай. У больной сестры была особенно острая и агрессивная форма острого миелоидного лейкоза (ОМЛ), известная как MLL, или множественный лейкоз.
Острый и агрессивный лейкоз, такой как MLL, быстро развивается и прогрессирует у пациентов, требуя немедленного лечения химиотерапией, лучевой терапией или трансплантацией костного мозга. Эти методы лечения могут быть рискованными или лишь частично эффективными. Около 70 процентов людей с ОМЛ первоначально реагируют на стандартную химиотерапию. К сожалению, пятилетняя выживаемость колеблется от 15 до 70 процентов в зависимости от подтипа ОМЛ.
Исследователи, в том числе соавтор-корреспондент Тао Ченг, доктор медицинских наук, Китайская академия медицинских наук & Медицинский колледж Пекинского союза в Тяньцзине, Китай – ищет более совершенные и целенаправленные стратегии лечения. Авторы показывают в своем текущем исследовании, что начало агрессивного и острого лейкоза подпитывается спиралевидным каскадом множественных генных мутаций и так называемых хромосомных транслокаций – по сути, неправильного выравнивания ДНК и генетической информации во время репликации клеток.
Сравнивая клетки крови обеих сестер-близнецов, эти исследователи определили хромосомную транслокацию, вызванную так называемым геном лейкемии слияния MLL-NRIP3. Когда они активировали ген MLL-NRIP3 на лабораторных моделях мышей, у животных развился тот же тип лейкемии, но для этого им потребовалось много времени. Исследователи заявили, что это предполагает, что должны были иметь место дополнительные кооперативные эпигенетические и молекулярные события, чтобы вызвать полномасштабный лейкоз.
Далее авторы продемонстрировали, что активация гена слитого лейкоза MLL-NRIP3 взаимодействует с молекулярным каскадом (включая мутации в SETD2), вызывая многолинейную форму острого миелоидного лейкоза (AML). Первоначальный ключ к разгадке ученых был получен при поиске дополнительных геномных изменений в лейкозных клетках крови больной сестры-близнеца. Они обнаружили, что активация слитого лейкоза MLL-NRIP3 запустила молекулярный каскад, который привел к биаллельному (две мутации) в гене SETD2 – супрессору опухоли и ферменту, который регулирует специфический белок модификации гистонов под названием H3K36me3.
Во время процесса, называемого удлинением транскрипции, SETD2 и H3K36me3 обычно отмечают зону для точной транскрипции гена вдоль ДНК. В случае больной сестры-близнеца генные мутации и молекулярный каскад нарушили метку H3K36me3, что привело к аномальной транскрипции и многолинейной форме острого лейкоза.
Затем исследователи проанализировали образцы крови 241 человека с разными формами острого лейкоза. Мутации SETD2 были обнаружены в образцах из 6.2 процента этих пациентов. Пациенты с мутациями SETD2 также страдали лейкемией, связанной с крупными хромосомными транслокациями и нарушением метки H3K36me3.
В последующих тестах на клеточных культурах предлейкозных клеток и на моделях мышей исследователи наблюдали такое же прогрессирование генных мутаций и связанных с ними молекулярных событий, способствующих росту лейкозных клеток. Исследователи также заметили, что мутация SETD2 активировала два гена (MTOR и JAK-STAT), которые, как известно, вносят вклад в развитие рака и лейкемии. Ученые решили протестировать два существующих целевых молекулярных ингибитора MTOR на предлейкозных клетках, которые генерируются мутациями гена SETD2.
Это лечение привело к заметному снижению роста клеток, что указывает на то, что мутации SETD2 активируют многочисленные молекулярные пути, вызывающие лейкоз. Хуанг сказал, что тесты также демонстрируют, что существует множество возможностей для поиска новых молекулярных мишеней для разработки более эффективных лекарств, в частности тех, которые будут нацелены на путь слияния MLL-SETD2-H3K36me3 для лечения острого и агрессивного многолинейного лейкоза.
Исследователи продолжают свое текущее исследование, определяя дополнительные пути, активируемые мутациями SETD2. Они также ищут возможные новые молекулярные мишени и терапевтические стратегии для блокирования нарушений в пути слияния MLL-SETD2-H3K36me3.