Проверено Эмили Хендерсон, бакалавр наук 17 сентября 2020 г.

Понимание конкретных мутаций, вызывающих различные формы рака, имеет решающее значение для улучшения диагностики и лечения. Но ограничения в технологии секвенирования ДНК затрудняют обнаружение некоторых основных мутаций, часто связанных с раком, таких как потеря или дублирование частей хромосом.

Теперь методы, разработанные учеными-компьютерщиками Принстона, позволят исследователям более точно идентифицировать эти мутации в раковой ткани, давая более четкую картину эволюции и распространения опухолей, чем это было возможно ранее.

Утрата или дупликация хромосом, как известно, происходят в большинстве солидных опухолей, таких как опухоли яичников, поджелудочной железы, груди и простаты. По мере роста и деления клеток сбои в процессах копирования и разделения ДНК также могут привести к удалению или дублированию отдельных генов в хромосомах или дублированию всего генома клетки – всех 23 пар хромосом человека. Эти изменения могут активировать гены, способствующие развитию рака, или инактивировать гены, подавляющие развитие рака.

«Они сами по себе являются важными движущими силами рака, и они взаимодействуют с другими типами мутаций при раке», – сказал Бен Рафаэль, профессор информатики, соавтор исследований с Симоной Заккарией, бывшей научный сотрудник постдокторантуры в Принстоне.

Хотя медицинская наука признала мутации критическими частями развития рака, выявить эти потери или дупликации в хромосомах с помощью современных технологий сложно. Это потому, что технологии секвенирования ДНК не могут считывать целые хромосомы от начала до конца. Вместо этого технологии позволяют исследователям упорядочивать фрагменты хромосомы, из которых они собирают картину всей цепи. Слабость этого метода заключается в том, что он не позволяет легко идентифицировать пробелы в цепи ДНК или области дупликации.

Чтобы решить эту проблему, Рафаэль и Заккария создали новые математические инструменты, которые позволяют ученым искать в огромной коллекции фрагментов ДНК и определять, есть ли недостающие части или дубликаты. Алгоритмы, получившие название HATCHet и CHISEL, подробно описаны в отдельных публикациях 2 сентября в журналах Nature Communications и Nature Biotechnology .

«Все клетки, которые вы секвенируете, происходят из одного и того же эволюционного процесса, поэтому вы можете соединить последовательности таким образом, чтобы использовать эту общую информацию», – сказал Заккария, который скоро начнет работу в качестве главного научного сотрудника в университете. Колледж Лондонского института рака и приглашенный научный сотрудник Лондонского института Фрэнсиса Крика

Реальность такова, что технология секвенирования ДНК в отдельных клетках имеет ограничения, и алгоритмы помогают исследователям преодолеть эти ограничения. В идеале и технологии секвенирования, и алгоритмы будут продолжать совершенствоваться одновременно »

Бен Рафаэль, профессор компьютерных наук

Исследовательская группа Рафаэля неоднократно сотрудничала с исследователями рака, которые начинают применять алгоритмы HATCHet и CHISEL к последовательностям из различных типов образцов пациентов и экспериментальных моделей.