О новом методе, который может отслеживать, из каких тканей и органов поступает ДНК в нашей крови, было сообщено сегодня в журнале eLife с открытым доступом.
Метод, называемый GETMap, может использоваться в пренатальном скрининге, для мониторинга отторжения трансплантата органов или для проверки на рак, скрытый в организме.
"Было показано, что анализ циркулирующей свободной ДНК полезен для скрининга на ранние бессимптомные формы рака," объясняет первый автор Ванся Гай, научный сотрудник Китайского университета Гонконга, САР Гонконг, Китай. "Поскольку связанные с раком изменения ДНК присутствуют в широком спектре типов рака, обнаружение таких изменений может использоваться в качестве универсального теста для скрытого рака. Тем не менее, у пациентов с положительным результатом теста вам все равно необходимо пройти тесты, чтобы определить местоположение опухоли, например, с помощью позитронно-эмиссионной томографии всего тела или ПЭТ."
Чтобы решить эту проблему, команда разработала тест, который ищет генетические различия, а также эпигенетические изменения ДНК (изменения, которые не влияют на последовательности ДНК), известные как метилирование. ДНК в наших клетках имеет уникальный «отпечаток пальца» метилирования. Сравнение отпечатков метилирования различных генетических типов молекул ДНК, циркулирующих в крови, например молекул от плода, трансплантированного органа или опухоли, с отпечатками различных тканей, позволяет определить, откуда взялась ДНК.
Команда сначала проверила свой подход на беременных женщинах, которые знали, что ДНК крови будет включать ДНК матери, плода или и того, и другого. Как и ожидалось, GETMap обнаружил, что ДНК, несущая специфичные для плода генетические маркеры, несет сигнатуры метилирования исключительно из плаценты. С другой стороны, молекулы ДНК, несущие специфичные для матери генетические маркеры, несут сигнатуры метилирования лейкоцитов. Молекулы ДНК, несущие генетические маркеры, общие для матери и плода, были получены из обеих тканей.
Затем они протестировали этот подход на крови, сданной пациентами после трансплантации легкого. Обнаружение необычно высоких концентраций ДНК из пересаженного органа в крови может быть признаком отторжения органа. Но сразу после трансплантации часто наблюдается необъяснимый всплеск донорской ДНК в крови реципиента трансплантата. Это затрудняет определение того, отторгается ли орган, если используются только генетические маркеры. Используя комбинацию генетических и эпигенетических маркеров, команда определила происхождение этого всплеска донорской ДНК.
Через 72 часа после трансплантации только 17% циркулирующей ДНК было из легких, по сравнению с 78% из клеток крови. Этот удивительно высокий вклад клеток крови, вероятно, был связан с высвобождением ДНК из клеток крови в кровеносных сосудах трансплантированного легкого. Со временем количество циркулирующей ДНК из легких увеличивалось, а количество из клеток крови уменьшалось. Также оказалось, что в крови пациентов, у которых были отторжены новые легкие, было больше ДНК донорского легкого по сравнению с теми, у кого была успешная трансплантация.
Команда также проверила, может ли GETMap обнаружить происхождение ДНК опухолевого происхождения в крови. У двух пациентов с раком печени они обнаружили, что 90% и 87% ДНК плазмы, несущей мутации, пришли из печени. Чтобы проверить это, им нужно было знать точные опухолевые мутации, которые они искали, а ткань опухоли не всегда доступна, если ее местоположение неизвестно. Поэтому команда попыталась использовать отпечатки пальцев метилирования для выявления раковых мутаций непосредственно из ДНК крови, а не из опухолевой ткани. Хотя было обнаружено меньше мутаций, печень все же была правильно идентифицирована как источник опухолевых молекул. Это говорит о том, что GETMap может помочь выявить ткань и местоположение скрытых раковых образований у людей, у которых в крови есть опухолевые маркеры.
Наконец, они бросили вызов тесту GETMap у женщины, у которой во время беременности развилась лимфома. В этом случае они смогли различить гены, специфичные для плода, которые были получены из плаценты, и гены, специфичные для опухоли, которые произошли исключительно из семейства лейкоцитов, которые были связаны с типом клеток лимфомы.
"Мы продемонстрировали мощную синергию между генетическим и эпигенетическим подходами для определения происхождения циркулирующей ДНК в крови и показали ее потенциальное применение в скрининге рака, пренатальном тестировании и мониторинге трансплантации органов," говорит соавтор исследования Деннис Ло, директор Института медицинских наук Ли Ка Шинга, и профессор медицины Ли Ка Шина Китайского университета Гонконга.
"Наш тест может приблизить нас к видению анализа крови на универсальный маркер рака, позволяя проводить более целенаправленные последующие тесты в конкретных органах," заключает соавтор исследования Аллен Чан, профессор химической патологии Китайского университета Гонконга. "Это может сделать диагностику рака более ранней и точной, а также сократить использование сканирования всего тела и связанное с этим облучение."