Эпигенетические черты репликации оказались общими для старения и рака

Риск развития рака значительно увеличивается с возрастом — в промежутке между 25 и 65 годами он возрастает на 4000%. В связи с этим существуют гипотезы, что большое число делений, накопленных клеткой, повышает ее склонность к опухолеобразованию. Уже описаны связи между онкологией и эпигенетическими маркерами старения, а также между онкологией и изменениями репликации. Однако до сих пор не было данных, связывающих все эти три процесса. В новой работе американские ученые разработали метод оценки эпигенетического репликативного профиля и показали связь этого профиля с риском развития рака.

В качестве модели старения авторы использовали культуры иммортализованных зародышевых астроцитов. Общее время культивации составило более 73 кумулятивных удвоений популяции, и клетки отбирали на анализ при каждой пересадке культуры. К концу эксперимента ученые не обнаружили в этой культуре нарушения роста, нестабильности генома или укорочения теломер.

Эпигенетическим маркером в данном анализе служило метилирование CpG-островков в области промоторов (в первую очередь мишеней для белков группы polycomb). Данные эпигенетические изменения были описаны как для старения, так и для онкологических заболеваний. Исследователи анализировали группы одновременно метилированных CpG и затем сравнивали их с данными, полученными из образцов печени человека разного возраста. Это позволило отделить физиологически релевантные изменения от артефактов клеточной культуры. Авторы идентифицировали 14 из этих кластеров как в культуре клеток, так и в образцах печени. Два из них показали стабильную корреляцию с возрастом и числом делений, через которое прошла клетка. В эти кластеры, в частности, входил ряд транскрипционных факторов, ассоциированных с развитием и супрессией рака. На основе этих двух кластеров авторы составили индекс, названный CellDRIFT (Cellular Division and Replication Induced FingerprinT) и предназначенный для оценки эпигенетического профиля клеток.

Авторы предположили, что, если накопление с возрастом ассоциированных с репликацией изменений действительно провоцирует развитие рака, то индекс CellDRIFT на это укажет. Так, он должен быть выше в клетках рака по сравнению со здоровыми тканями; выше в здоровых тканях онкологических больных по сравнению с людьми без рака; и выше в тканях с высокой пролиферативной активностью.

Действительно, при анализе образцов рака щитовидной железы, груди, легких, поджелудочной и кишечника индекс CellDRIFT значимо повышался относительно соответствующих здоровых тканей. На отдельной когорте рака молочной железы (РМЖ) авторы работы также показали, что индекс CellDRIFT обладает предсказательной способностью для выживаемости. Такой результат свидетельствует о том, что эпигенетические изменения, охваченные индексом, связаны с агрессивностью и устойчивостью заболевания. Это, в свою очередь, открывает потенциал для диагностического и прогностического использования индекса.

Затем ученые сравнили образцы здоровых тканей, полученных от пациентов с РМЖ и контрольной группы. Выяснилось, что CellDRIFT был повышен в нормальных тканях онкологических больных. Это указывает на то, что индивидуальные различия в процессах старения могут быть связаны с вероятностью развития рака.

Авторы также сопоставили значения CellDRIFT для тканей с разным уровнем пролиферативной активности. Они обнаружили корреляцию между индексом CellDRIFT и вероятностью развития рака в конкретной ткани, а также с пролиферативной активностью, выраженной в числе делений стволовых клеток за жизнь.

Наконец, ученые решили выяснить, реально ли «обнулить» значение CellDRIFT путем модификации клеток. Для этого группа проанализировала фибробласты, перепрограммированные для получения плюрипотентных стволовых клеток. Оказалось, что во время созревания индуцированных стволовых клеток (во время которого происходит переход к плюрипотентности) наблюдается резкое снижение значения CellDRIFT. Однако, после стабилизации и с дальнейшим делением клеток индекс снова возрастает.

Таким образом, ученые представили свидетельства связи между ассоциированными с репликацией возрастными изменениями и риском развития рака. Более того, они показали, что эти эпигенетические изменения влияют на клиническую картину заболевания. Авторы указывают на необходимость дальнейших исследований возрастных эпигенетических изменений. Алгоритмы для расчета индекса CellDRIFT исследователи выложили в открытый доступ.