Трансмиссивный рак двустворчатого моллюска живет с геномной нестабильностью уже несколько веков

Как правило, злокачественные опухоли не покидают организм, в котором возникли. Но иногда они ведут себя как инфекция: один организм может заразить ими другой. Известные примеры — лицевая опухоль тасманийского дьявола и трансмиссивная венерическая опухоль собак.

«Заразный рак» характерен и для беспозвоночных, а именно для двустворчатых моллюсков. Это так называемая трансмиссивная неоплазия двустворчатых (bivalve transmissible neoplasia, BTN), или диссеминированная неоплазия, которую впервые описали в 1970-х годах. Авторы статьи в Nature Cancer изучили геном клеток трансмиссивного рака песчаной мии Mya arenaria (MarBTN) и отметили в нем множество повторов и высокий уровень геномной нестабильности. Также авторы реконструировали его эволюцию.

MarBTN — смертельное заболевание, которое напоминает лейкемию. У больных моллюсков в гемолимфе присутствует большое количество раковых клеток, из-за чего болезнь распространяется по тканям. Клетки MarBTN способны выживать в морской воде неделями и, по всей видимости, передаются другим моллюскам с ее потоками. Значительная часть дикой популяции M. arenaria подвержена этой «инфекции». Известны отдельные эпизоды, когда заболевали до 90% моллюсков в популяции — неудивительно, что затем их численность резко падала.

Авторы предыдущих работ установили клональное происхождение MarBTN. В новом исследовании авторы оценили время появления трансмиссивного рака и реконструировали изменения его генома. Для этого они собрали высококачественный референсный геном M. arenaria и сравнили его с геномами различных линий MarBTN. Всего они изучили восемь образцов неоплазии из пяти разных акваторий, для которых отметили отличающиеся от референса однонуклеотидные варианты (SNV).

Исследователи выявили 10,7 миллионов таких SNV, которые оказались общими для всех восьми образцов MarBTN, но не присутствовали в референсном геноме. Из них 8,1 миллионов присутствовали по крайней мере у одной из трех здоровых M. arenaria, то есть эти варианты, скорее всего, присутствовали в геноме моллюска, у которого изначально образовался рак.

Филогения MarBTN была построена на основании различий SNV в образцах опухолей. Она подтвердила существование двух сублиний MarBTN, названных по месту отбора образцов: остров принца Эдуарда (PEI) и США (USA). При сравнении вариантов в этих сублиниях авторы выделили кластеры SNV, которые присутствовали у основателя и в одной из сублиний, но не во второй. Скорее всего, они не являются соматическими, а указывают на потерю гетерозиготности, произошедшую после расхождения сублиний. За свою историю MarBTN также приобрел множество соматических мутаций.

Анализ SNV и их тринуклеотидного контекста выявил смещение частот соматических мутаций в обеих сублиниях — PEI и USA. Оно является универсальным для всех изученных MarBTN. На основании этого смещения авторы описали мутационные сигнатуры, характерные для генома трансмиссивного рака. Среди них выделяется сигнатура SigS, которая напоминает сигнатуру человека, связанную с ДНК-полимеразой эта (Pol η). Данный фермент задействован в репарации ДНК и играет важную роль при развитии онкологических заболеваний.

Некоторые мутационные сигнатуры можно использовать как молекулярные часы, что ранее применяли для оценки возраста трансмиссивной венерической опухоли собак. Предположив постоянную скорость мутационного процесса в сигнатурах MarBTN, авторы узнали предполагаемый время разделения двух сублиний: примерно 315–319 лет назад. Тогда возраст самого рака можно оценить в 423 года. Сравнение частоты синонимичных и несинонимичных замен указало, что отбор SNV у MarBTN был главным образом нейтральным.

Плоидность клеток MarBTN варьирует от 2N до 4N. Геном опухолевых клеток имеет множество признаков структурных перестроек и высокой геномной нестабильности. По сравнению с «родительским» геномом моллюска в нем больше делеций, инверсий, тандемных дупликаций в транслокаций внутри хромосом. Причем у сублинии USA их заметно больше, чем у PEI. Образцы USA также отличает изменчивость длины теломер.

Ранее в геноме MarBTN описали специфический LTR-ретротранспозон — Steamer. Авторы оценили активность и роль этого и других мобильных генетических элементов в эволюции MarBTN. Если в геноме здоровой M. arenaria содержится лишь 5–11 сайтов инсерции Steamer, то в клетках трансмиссивной неоплазии — уже 270–460, из которых 193 обнаружили во всех образцах рака. В общей сложности в геноме опухолей описали 45 мобильных элементов, представленных большим числом копий, чем у самих моллюсков.

Авторы попарно сравнили митохондриальные геномы MarBTN и подтвердили картину филогении, полученную на основе ядерной ДНК. Анализ также показал, что MarBTN не использует митохондрии хозяина для захвата внутрь своих клеток и рекомбинации с собственными органеллами, что иногда происходит при трансмиссивном раке.

Одна из линий лицевых опухолей тасманийского дьявола мутирует быстрее другой