Бесклеточная ДНК (cfDNA) – это ДНК, найденная в следовых количествах в крови, которая избежала деградации ферментами. Ученые из Токийского университета науки под руководством профессора Рюшина Мидзуты теперь обнаружили, как именно генерируется cfDNA. Они также говорят о применении DNase1L3 – фермента, в основном ответственного за генерацию cfDNA – в качестве новой молекулы для предотвращения распространения опухолей. Проф. Мидзута говорит: «Результаты этого исследования являются важным шагом на пути к одной фазе захватывающей новой эры геномной медицины».

В 1994 году мутация в хорошо известном гене, ассоциированном с раком, RAS, была обнаружена в cfDNA из крови больных раком. Это вызвало интерес к потенциальному использованию cfDNA в качестве диагностического маркера опухолей. КДНК плода, полученная от беременных женщин, уже приобрела популярность в качестве инструмента для пренатального скрининга. В наше время, учитывая множество достижений в области геномики, генетический анализ с использованием cfDNA может революционизировать эпоху точной медицины или «геномной медицины». Это в основном означает, что можно получать лекарства на заказ в соответствии с генетическим составом.

Однако, до сих пор именно то, что приводит к появлению cfDNA, оставалось без ответа. Это происходит от клеток, которые подвергаются запрограммированной смерти в организме (апоптоз), или это происходит от клеток, умирающих от травмы или воспаления (некроз)? Какие ДНК-разрушающие ферменты (называемые «эндонуклеазами») вовлечены? Есть ли еще что-то для cfDNA, которое бросается в глаза? Исследовательская группа во главе с профессором Мизутой из Научно-исследовательского института биомедицинских наук Токийского университета науки теперь ответила на все эти вопросы.

До этого исследования эти ученые уже обнаружили эндонуклеазу, DNase1L3 (также называемую DNase γ), и обнаружили, что она вызывает фрагментацию клеточной ДНК во время некроза: когда клеточная мембрана резко разрушается, DNase1L3 в потоке крови быстро разлагается. клеточная ДНК в единичные нуклеосомы (основные единицы упаковки ДНК). Они также обнаружили, что эта DNase1L3 играет вторую скрипку к активированной каспазой ДНКазе (CAD; основной деградирующий фермент в апоптозе) во время апоптоза: CAD разрушает исходную полностью упакованную ДНК, называемую «хроматин», и клетки апоптоза удаляются специальным «поеданием» клетки в иммунной системе, называемые макрофагами. Однако, когда некоторые клетки избегают этого процесса очистки, они попадают в кровоток и подвергаются «вторичному» некрозу, после которого DNase1L3 расщепляет ДНК на нуклеосомы.

Теперь в этом конкретном исследовании исследователи использовали генетически управляемых мышей в качестве моделей исследования, чтобы точно определить ферменты, ответственные за генерацию cfDNA. Они вызывали как апоптоз, так и некроз у нормальных мышей, мышей с дефицитом CAD, мышей с дефицитом DNase1L3 и мышей CAD + DNase1L3 с двойным дефицитом. Используя технику, называемую электрофорезом, ученые обнаружили, что в крови мышей с дефицитом DNase1L3 концентрации cfDNA были намного ниже, чем в крови мышей с дефицитом CAD и нормальных мышей как в группах, вызванных апоптозом, так и в результате некроза. Интересно, что в крови мышей с CAD + DNase1L3-double-дефицитом вообще не было обнаружено никаких следов cfDNA. Таким образом, ученые пришли к выводу, что во время апоптоза DNase1L3 играет решающую роль в качестве «резервного» фермента для CAD в деградации конденсированного хроматина на фрагменты (одиночные нуклеосомы), что приводит к образованию cfDNA. А при некрозе DNaseIL3 абсолютно необходим для генерации cfDNA.

Исследователи также проверили активность DNase1L3 и DNase1 (другого ДНК-разлагающего фермента) в крови и обнаружили, что апоптоз и некроз повышают активность как DNase1L3, так и DNase1. Тем не менее, даже когда у мышей с CAD + DNase1L3-двойным дефицитом не было обнаружено cfDNA, активность ДНКазы1 наблюдалась. Это доказало, что DNase1 не является необходимым для генерации cfDNA.

Затем исследователи пролили свет на физиологическое / медицинское значение DNase1L3.

Проф. Мизута говорит:

Поскольку этот фермент вырабатывается главным образом макрофагами, между активностью DNase1L3 и воспалением может быть корреляция. "

После инфекции или травмы группа специализированных иммунных клеток, называемых нейтрофилами, высвобождает небольшие липкие волокна хроматина, который представляет собой недеформированную ДНК мертвых клеток. Эти волокна называются нейтрофильными внеклеточными ловушками (НЕТ). Хотя NET может остановить распространение вредных бактерий в кровотоке, высвобождение NET может иногда становиться неконтролируемым; это может привести к свертыванию или эмболии (застреванию сгустка в кровеносном сосуде), потенциально смертельному состоянию. Проф. Мизута утверждает, что DNase1L3 может разлагать NET в cfDNA и, таким образом, использоваться для лечения тромбоза, вызванного NET.

Также известно, что сети являются «почвой для посева» опухолей. Опухолевые клетки, высвобождаемые в кровь, могут зацепиться за сеть, расти на них и распространяться на другие органы. В связи с этим профессор Мизута говорит: «Поскольку DNase1L3 разрушает NET и генерирует cfDNA, мы предполагаем, что обработка DNase1L3 также может быть полезна для предотвращения метастазирования опухоли. В настоящее время мы проводим эксперименты для проверки этого предположения».

Тем не менее, могут ли дальнейшие исследования бесклеточной ДНК сделать жизнь человека без рака? Только время покажет …