Жидкостная биопсия позволяет контролировать течение рака молочной железы

Транскрипционные факторы (ТФ) — это клеточные белки, способные связываться со строго определенными участками ДНК и играющие важную роль при развитии рака, в частности, рака молочной железы (РМЖ). Одновременно в каждой клетке задействованы не все сайты связывания ТФ. Профили связывания ТФ многое могут сказать о состоянии опухоли, эффективности терапии и прогнозе, но многократный забор биопсии непрактичен и даже опасен для пациента. Ученые из Университета Колорадо предложили малоинвазивный способ контроля прогрессирования РМЖ при помощи анализа внеклеточной ДНК (cell-free DNA, cfDNA, вкДНК).

Внеклеточную ДНК впервые обнаружили еще в 1948 году. Короткие фрагменты ДНК, попадающие в кровоток в результате апоптоза или некроза, обнаруживаются у большинства здоровых людей, а при воспалении, повреждении тканей, физической нагрузке или беременности концентрация вкДНК в плазме существенно возрастает. Гипотеза «метаболической ДНК» утверждает, что источником вкДНК могут быть нормальные клетки, которые постоянно синтезируют новую ДНК. Однако со временем молекулы ДНК изнашиваются, и клетки секретируют их вовне вместе с продуктами обмена веществ. Кроме того, фрагменты ДНК могут попадать в кровоток и из опухолевых клеток. Согласно концепции «генного метастаза», опухолевые клетки выделяют множественные копии своих мутантных генов, которые нормальные клетки способны захватывать и интегрировать в свой геном.

Транскрипционные факторы FOXA1, GATA3 и ELF5 регулируют связывание рецепторов эстрогена (ER) на уровне ДНК и детерминируют дифференцировку эпителиальных клеток молочной железы. FOXA1 влияет на регуляцию андрогенного и эстрогенного сигнальных путей при эстроген-рецептор-положительном (ER+) раке молочной железы. Активизация FOXA1, в том числе за счет генетических аберраций, провоцирует появление более агрессивных фенотипов ER+ РМЖ и стимулирует метастазирование. Профили связывания ER и FOXA1 отражают течение болезни при ER+ РМЖ.

Авторы также изучили профиль связывания хорошо изученного транскрипционного фактора CTCF (CCCTC-binding factor). Они обнаружили участки связывания CTCF и опухолеспецифических ТФ в вкДНК плазмы крови пациентов с РМЖ. Однако опухолевая вкДНК составляла крайне незначительную часть от общей вкДНК даже в образцах, полученных у пациентов с тяжелыми формами заболевания.

Тогда исследовали выполнили ксенотрансплантацию раковых клеток человека (линии MCF-7, UCD4, UCD65) иммунодефицитным гуманизированным мышам линии NSG путем инъекции раковых клеток в жировую ткань молочных желез самок. Клеточные линии MCF-7, UCD65 и UCD4 представляют различные варианты РМЖ. Линия MCF-7 были выделены из плеврального выпота пациентки с метастазами и содержит повышенное количество ER, линия UCD65 была получена из метастазов в лимфатических узлах 41-летней женщины и несет еще более высокие уровни ER, чем MCF-7. Клетки линия UCD4 были получены из плеврального выпота 68-летней женщины и содержат мутацию D538G. Эта мутация делает клетки независимыми от эстрогена и обычно возникает как защита от эндокринной терапии. Авторы искали уникальные параметры фрагментов вкДНК, содержащих сайты связывания ER и других транскрипционных факторов, которые позволили бы различать формы протекания РМЖ.

Поскольку опухолевая вкДНК в плазме мышей была человеческой, исследователи легко могли идентифицировать молекулы раковой вкДНК при секвенировании и описать их характеристики.

Авторы определили чистые сигнатуры, характерные для FOXA1 и ER, в плазме мышей с ксенотрансплантатами. Кроме того, они дифференцировали кластеры вкДНК опухолей, отличающихся экспрессией ER и прогнозом, и подтвердили возможность диагностики ER+ РМЖ на основании идентификации опухолевой вкДНК в образцах плазмы человека.

Таким образом, генетические следы определенных факторов транскрипции в плазме позволяют минимально инвазивно картировать регуляторный ландшафт РМЖ. Результаты исследованию помогут создать полногеномные карты для определения этапа заболевания, прогнозирования результатов лечения и, возможно, выбора наиболее эффективного способа терапии рака.