Фонд «Наука – детям», созданный в Центре им. Дмитрия Рогачева семь лет назад, в 2020 году открыл программу «Молекулярно-генетическая диагностика детей с синдромами предрасположенности к опухолевым заболеваниям».
Людмила Ясько, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева, и Мария Курникова, кандидат медицинских наук, врач-генетик НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева, рассказали о том, какие прикладные задачи планируют решить благодаря этой программе, почему код ДНК похож на библиотеку и как современные технологии делают возможным ее «прочтение». Начнем с небольшой предыстории.
Десятилетняя Настя поступила на лечение в Центр им. Дмитрия Рогачева c диагнозом «параганглиома». Ученые провели молекулярно-генетическое исследование ДНК девочки и выяснили, что ее заболевание вызвано мутацией в гене SDHB, который связан с синдромом наследственной параганглиомы/феохромацитомы. Тестирование мамы и папы позволило выяснить, что эту мутацию Настя унаследовала от своего отца. К сожалению, очень быстро стало известно, что такой же диагноз за месяц до госпитализации Насти был поставлен ее двоюродному брату Саше. Мальчик унаследовал мутацию, которая ранее была подтверждена у Насти, от мамы, родной сестры отца девочки. Ученые Центра провели исследование других членов семьи Насти по папиной линии. Это позволило выявить людей в семье (детей и взрослых), которые тоже имеют мутацию в гене SDHB, что повышает риск развития у них параганглиом в течение жизни и некоторых других опухолей. С одной стороны, семья сталкивается со сложной для принятия, порой шокирующей информацией, а с другой стороны, «предупрежден – значит вооружен». Эти данные помогут докторам в лечении детей, а также дадут возможность использовать современные протоколы наблюдения для носителей мутации, которые помогают «поймать» опухоль на ранней стадии и значительно повышают показатели выживаемости. Такие изменения в подходе к лечению и наблюдению за пациентами стали возможны в том числе благодаря программе «Молекулярно-генетическая диагностика детей с синдромами предрасположенности к опухолевым заболеваниям», которая реализуется фондом «Наука – детям» при поддержке банка ВТБ.
— Ваша программа называется «Молекулярно-генетическая диагностика детей с синдромами предрасположенности к опухолевым заболеваниям». Можете рассказать о том, что именно вы изучаете, с самых азов?
Людмила Ясько: Если с азов, то получится так: генетическая информация человека закодирована в ДНК, она распределена по 46 хромосомам. Участки ДНК, которые служат матрицей для синтеза белков нашего организма, называются генами. Мы занимаемся тем, что изучаем этот код, ищем ошибки (иначе говоря, мутации) в генах, которые меняют смысл – функцию белков, что в итоге может приводить к повышению риска развития онкологических заболеваний в течение жизни. Это и есть область наших исследований.
— Получается, что каждая хромосома – это что-то вроде книги, которую можно прочесть?
Мария Курникова: Да, это книга нашей жизни, у каждого из нас своя библиотека из 46 томов – хромосом. Все они распределены на пары, можно сказать, том первый и том второй. Содержание первого тома приходит к нам от папы, второго – от мамы. Эти тома идентичны, и только последняя 23-я пара разная, она определяет пол человека. Особенность в том, что в алфавите ДНК всего четыре буквы, а общее количество символов во всех 46 «томах» – около 3 миллиардов. Этот код определяет уникальные особенности каждого человека: цвет волос, глаз, рост, а также предрасположенность к каким-то болезням.
— Сколько усилий надо приложить, чтобы расшифровать все эти миллиарды символов?
Людмила Ясько: Основное исследование, с помощью которого мы расшифровываем последовательность генов, связанных с рисками развития онкологических заболеваний, – это высокопроизводительное секвенирование. В лаборатории Центра есть три прибора для его проведения, они отличаются между собой производительностью. Эта технология – революция, прорыв. Раньше человечество могло читать последовательность лишь отдельных генов, их коротких фрагментов. За одно исследование мы могли прочесть одно «слово», то есть один ген у одного пациента. Сейчас же мы можем одновременно анализировать большое количество генов сразу нескольких пациентов. И это невероятно.
Мария Курникова: Мы научились читать, то есть секвенировать, очень быстро и очень точно. Технически последовательность всех трех миллиардов «букв» возможно определить даже на клетке эмбриона. Естественно, это дает огромный массив данных. Другое дело, что даже сейчас когда мы научились хорошо «читать», пока не очевиден смысл всех «слов». Расшифровка генетической информации – задача ученых на ближайшие годы. Но уже сейчас мы знаем про генетику человека (в том числе о предрасположенностях к онкологическим заболеваниям) гораздо больше, чем десятилетие назад.
— Для того чтобы провести исследование, вы кладете пробирки с кровью в прибор?
Людмила Ясько: Нет, пробирки с кровью мы в прибор не закладываем. Вначале выделяем ДНК пациента. Затем происходит целый ряд действий: смешивание, нагревание, центрифугирование и прочее. В результате у нас получается так называемая библиотека – последовательности интересующих нас областей ДНК для каждого пациента. После этого «библиотеки» разных пациентов смешиваются в одной пробирке и помещаются в картридж, который заправляется в прибор.
— Вы сказали, что библиотеки разных пациентов смешиваются в одной пробирке. А как узнать, кто есть кто, если исходные материалы перемешиваются?
Мария Курникова: Для того чтобы отличать разных пациентов, мы еще до этапа смешивания «пришиваем» к каждому фрагменту ДНК специальные опознавательные значки. После завершения работы прибора (это примерно сутки) к нам на помощь приходит коллега – биоинформатик. Он может перевести данные, полученные в результате секвенирования, в доступную для анализа форму. И уже эту кодировку мы можем оценивать, проверять, совпадает ли она с референсной последовательностью.
— Референсный – значит эталонный?
Людмила Ясько: Именно! Прочитав ДНК любого человека, мы увидим отличия от референса, где подавляющее большинство изменений клинически не значимы для здоровья. Это как раз то, что делает нас такими разными. В лаборатории все организовано на очень высоком современном уровне. Это нужно для проведения научной работы, которая находит прямое практическое применение. Подобное оснащение мы смогли себе позволить благодаря поддержке попечителей, в числе которых и банк ВТБ. Кроме того, ВТБ поддерживает финансово ту программу, о которой мы сегодня с вами говорим: «Молекулярно-генетическая диагностика детей с синдромами предрасположенности к опухолевым заболеваниям». Для нас очень важно иметь постоянных финансовых партнеров, которые с нами уже давно, потому что только так мы можем быть уверены, что завтра проект не свернется из-за недостатка финансирования.
— О каких практических результатах исследований можно говорить уже сегодня?
Мария Курникова: В Центре лечатся дети с различными опухолями. Среди них есть те, у кого развитие заболевания было не случайным, а связанным с генетической предрасположенностью к развитию онкологических заболеваний. Основная цель нашего проекта – выявление таких детей. Уже сегодня известно, что среди случаев детей с опухолями примерно в 10% случаев есть генетическая предрасположенность. Есть исследования, в которых этот показатель достигает 18%.
— А причины возникновения опухолевых заболеваний у детей современной науке уже понятны?
Людмила Ясько: В этой области пока еще остается много вопросов. Мы знаем о том, что рак – это патология генома клетки. Почему заболевают взрослые, ученые более или менее понимают. Болезнь возникает с течением жизни, из-за того, что с возрастом у людей повышается количество ошибок в клетках – мутаций. Это значит, вероятность того, что какая-то из них попадет в важный ген, становится выше. Если мы говорим о предрасположенности к онкологии, то к таким важным генам относятся, например, гены опухолевой супрессии. Они защищают нормальную клетку от перерождения в опухолевую.
— То есть онкология – это вероятностная болезнь?
Людмила Ясько: Абсолютно. При этом важно понимать, что если у человека поломка есть в одной «копии» гена, то это не значит, что появится опухоль. У нас есть вторая «копия», второй «том», о котором мы упоминали вначале. Он продолжает выполнять свою работу так, как должен. Но есть риск того, что под действием внешних или внутренних факторов, с возрастом или по какой-то другой причине в отдельной клетке «сломается» вторая «копия». То есть в соответствии с двухударной классической моделью онкогенеза необходимо, чтобы произошло одно событие, повредившее одну «копию» гена, а потом другое, повредившее «вторую» копию. В случае наличия генетической предрасположенности к заболеванию для клетки достаточно всего одного такого события, ведь первое уже есть с рождения. Объяснение, конечно, схематичное, но в целом дает представление о механизме развития опухолевых заболеваний.
— Можно перечислить факторы, которые провоцируют «поломку» генов?
Мария Курникова: Они вам наверняка известны: курение, малоподвижный образ жизни, неправильное питание, солнечная радиация. Это факторы, действующие в течение жизни. Но если ребенок, например, имеет опухоль с рождения или если она возникла в раннем возрасте? Воздействием внешней среды, неправильного образа жизни объяснить возникновение онкологических заболеваний у детей невозможно. Поэтому единственный доказанный на сегодняшний день фактор, повышающий риск развития онкологических заболеваний у детей, – это генетическая предрасположенность.
— То есть ученые и врачи знают, что какая-то опухоль при «поломке» того или иного гена может развиться. А где она появится, можно сказать?
Мария Курникова: Абсолютно точного ответа на этот вопрос пока нет. Но мы знаем, что при «поломках» некоторых генов, которые могли бы спровоцировать рост опухоли в любом органе, эти опухоли, как правило, строго локализованы. Если у нас пациент, например, с аденокарциномой надпочечников, то, скорее всего, это связано с мутацией гена TP53. И это как раз одна из научных составляющих наших исследований: объяснить, почему именно эти ткани и органы становятся «мишенями».
— Известно ли, сколько всего генов человека несут угрозу развития опухолей?
Людмила Ясько: На сегодняшний день из 20 000 генов человека около 180 связывают с предрасположенностью к развитию опухолевых заболеваний, и именно их мы исследуем. Этот список мы сформировали на основе международного опыта и анализа имеющихся в научной литературе данных.
— В названии проекта и в течение всей нашей беседы вы используете термин «предрасположенность». Но в то же время речь идет о врожденных заболеваниях, наследственных синдромах. Как это связано?
Людмила Ясько: Критически важным при объяснении этой темы является понятие пенетрантности, то есть вероятности развития заболевания при наличии «поломки» в гене. Этот риск для разных генов и синдромов отличается. Для некоторых генетических болезней пенетрантность к определенному возрасту составляет 100%. Например, к таким относится синдром Ли-Фраумени, семейный аденоматозный полипоз и ряд других. А бывают такие заболевания, для которых пенетрантность ниже. Например, для синдрома семейной параганглиомы при мутации в гене SDHB пенетрантность к 50 годам составляет 20%. Это знание дает нам понимание, как мы должны оценивать риски развития опухоли и как составлять план наблюдения за здоровьем человека.
— Что происходит, если ваше исследование выявило мутацию?
Мария Курникова: В этом случае мы знаем, что у ребенка опухоль возникла не случайно, а в рамках генетического синдрома. Это помогает давать прогноз, эффективнее подбирать лечение, в ряде случаев использовать молекулярно-направленную терапию, вести консультирование в семье, проводить оценку рисков возникновения заболевания для других членов семьи и так далее. Есть более агрессивные синдромы, есть – менее. В первом случае особенно важно соблюдение протоколов наблюдения, включающих ряд диагностических мероприятий, например, МРТ всего тела для раннего выявления опухолей. Важно рано обнаружить заболевание. Чем раньше это будет сделано, тем эффективнее окажется лечение, тем меньше будет отдаленных последствий. Соблюдение профилактических протоколов значительно улучшает показатели выживаемости.
— Получается, в случае наследственного синдрома членам семьи ребенка тоже нужно сделать генетический анализ, чтобы оценить риск развития опухолевых заболеваний?
Людмила Ясько: Да, верно, в первую очередь необходимо проверить родителей. Если у одного из них есть мутация, то мы делаем вывод, что синдром был унаследован, например, от папы, и нужно продолжать поиски мутаций у других членов семьи именно по этой линии, проверять, например, папиных сестер, братьев и племянников и так далее. Это также дает нам понимание того, что и другие дети в этой семье – братья или сестры – могли унаследовать ту же мутацию.
Мария Курникова: Поэтому еще одна важная составляющая нашего проекта – это медико-генетическое консультирование, во время которого врач-генетик собирает семейный анамнез: выясняет, были ли случаи онкологических заболеваний, каких именно и в каком возрасте. Эта история отображается в виде схемы родословной. Закрашенная фигура указывает на пациента. Мы называем его «пробанд» – человек, имеющий то самое заболевание, о котором мы ведем речь в родословной. Точки внутри фигур соответствуют понятию «носитель», то есть у человека есть генетическая предрасположенность. И если на сегодняшний день у носителя нет опухоли, то нужно учитывать вероятность ее развития в будущем.
— Может быть так, что «сломанный» ген не передался ребенку?
Мария Курникова: Да, может. При аутосомно-доминантном типе наследования, в случае если один из родителей болен, при каждой беременности вероятность передачи измененного гена составляет 50%. Важно подчеркнуть: шанс оценивается на каждое деторождение! Неправильно считать, что если в семье уже есть ребенок с синдромом предрасположенности к развитию опухолей, то второй обязательно будет здоров.
— Как реагируют родители и дети, которые узнают, что у них есть предрасположенность к тому или иному онкологическому заболеванию?
Людмила Ясько: Как правило, возникает огромное количество вопросов, беспокойство, страх перед будущим, тревога за здоровье. Поэтому существует еще одно направление нашей программы – психологическая поддержка. В нашей команде есть психолог, который помогает пациентам и членам их семей адаптироваться и принять информацию, которую они получили. Значимость такой поддержки трудно переоценить, это очень важная часть нашей работы.
— Что происходит с данными, которые вы собираете?
Мария Курникова: Нашу базу мы планируем перевести в разряд регистра – это сбор данных, их систематизация и анализ. Мы занимаемся пациентами, которые находятся в Центре или приходят на консультацию. Кроме этого, мы помогаем коллегам из регионов, врачи присылают нам данные, мы их совместно анализируем. В результате можем рекомендовать исследования, в том числе генетические.
Людмила Ясько: Эти исследования предназначены не только для пациентов, которые лечатся в нашем Центре. Мы работаем и для детей, которые проходят лечение в региональных госпиталях и не имеют возможность пройти высокотехнологические исследования. Естественно, мы готовы содействовать, давать рекомендации, проводить телемедицинские консультации, оказывать другую помощь региональным клиникам по всей России. С помощью этой диагностической программы мы надеемся поднять уровень осведомленности о синдромах, которыми занимаемся, как среди врачей, так и среди пациентов.
Справка:
Сотрудничество ВТБ и Центра началось в 2014 году. В 2014 году по инициативе врачей Национального научно-практического центра детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева был создан фонд «Наука – детям», основной целью которого является помощь Центру в проведении исследований, разработке новых методов лечения и лекарств для борьбы с онкологией. В 2021 году ежегодную финансовую поддержку банк ВТБ направил на реализацию программы «Молекулярно-генетическая диагностика детей с синдромами предрасположенности к онкологии».
Текст: Николай Мельников