Внеклеточная ДНК выявляет патологические механизмы, лежащие в основе сепсиса

Во время сепсиса концентрация внеклеточной ДНК в крови резко возрастает. Информация, содержащаяся в этой ДНК, может помочь выявить патологические механизмы сепсиса.

Когда клетки организма умирают, они высвобождают ДНК. Эта ДНК, известная как внеклеточная (внеДНК), попадает в кровоток, где расщепляется ферментами, и в течение нескольких минут или часов печень выводит ее из кровообращения. Она может служить биомаркером во многих контекстах, таких как выявление осложнений беременности, отторжения трансплантата органов и выявления рака до появления симптомов.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Cell Genomics, ученые из лаборатории Джулиана Найта в Оксфордском университете обратились к внеДНК, чтобы понять сепсис - нарушение регуляции реакции на инфекцию, которая может вызвать опасную для жизни дисфункцию органов. Они обнаружили, что внеДНК накапливается в крови, потому что организм не может ее очистить, что дает представление о том, что происходит в организме во время сепсиса. Мониторинг внеДНК может однажды помочь ученым понять механизмы развития различных осложнений, связанных с сепсисом, а также диагностировать и стратифицировать пациентов.

Ученым известно, что количество внеДНК увеличивается у пациентов с сепсисом, но “что было не совсем ясно, так это откуда берется эта ДНК”, - говорит Кики Кано-Гамез, исследователь геномики из Университета Эксетера (Великобритания), которая участвовала в этой работе в лаборатории Найта. Она объяснила, что общая гипотеза в этой области заключается в том, что большая часть этой ДНК происходит из иммунных клеток, поврежденных органов или отмерших тканей.

Исследователи изучили молекулярные структуры внеДНК пациентов с сепсисом и сравнили их с внеДНК здоровых людей. Они впервые обнаружили, что у пациентов с сепсисом в крови содержится в 30-40 раз больше внеДНК, чем у здоровых людей. Используя паттерны метилирования и расположение нуклеосом вдоль внеДНК, ученые проследили, из каких клеток и тканей она происходит. К своему удивлению, они увидели, что внеДНК происходила не только из иммунных клеток, как они ожидали, но и из всех видов клеток. “Это было очень странно”, - говорит Кано-Гамес.

Поскольку, по-видимому, накопление внеДНК не было вызвано гибелью определенных клеток, Кано-Гамез задалась вопросом, не связано ли это накопление с нарушением печеночного клиренса. Чтобы оценить это, авторы исследования изучили закономерности фрагментации внеДНК. Чем дольше внеДНК находится в циркуляции, тем более фрагментированной она становится, поскольку подвергается большему воздействию ферментов в крови. Ученые обнаружили, что внеДНК у пациентов с сепсисом была короче, чем внеДНК у здоровых людей, что означало, что она дольше находилась в крови, и предполагало, что печень не выводила ее с такой же скоростью.

Это снижение клиренса Юваль Дор, биолог из Еврейского университета в Иерусалиме, который не принимал участия в исследовании, называет "новой концепцией в области жидкостной биопсии”.

Изучив закономерности метилирования вкДНК, исследователи получили представление о том, что происходит в этих клетках и тканях во время сепсиса. Например, Кано-Гамез могла наблюдать признаки дисфункции печени и перестройки кроветворения, когда организм вырабатывает больше иммунных клеток при уменьшении количества других клеток крови. Поскольку внеДНК также содержит ДНК микробов, исследователи предположили, что они могли бы использовать ее для идентификации бактерий, вызывающих инфекцию. Кано-Гамез изначально ожидала, что полученные данные будут содержать большое количество помех, поскольку микробные последовательности составляют лишь малую часть от общего объема внеДНК, и любые контаминанты могут помешать обнаружению микробной внеДНК. Однако это было не так, поскольку Кано-Гамез выявила повышенное содержание специфических патогенов по внеДНК пациентов с сепсисом. “Очевидно, что часть этой ДНК можно использовать в качестве диагностической”, - отметила она.

Что касается применения выявленных закономерностей, то, по мнению Кано-Гамез, “мы все еще находимся на очень ранней стадии”. Она упомянула, что уже существуют хорошие биомаркеры функции печени, которые легко и рутинно измеряются. Однако она отметила, что у внеДНК есть некоторые преимущества в плане более точной оценки функции печени и получения большей информации о том, какие участки печени не функционируют. “Все методы, которые мы использовали здесь, довольно трудоемки”, - говорит Кано-Гамес. “Это не то, что вы смогли бы сделать у постели больного или в качестве клинического теста”.

Тем не менее, Дор надеется на клиническую полезность таких исследований. “Мы так много узнаем из этих жидкостных биопсий о процессах, протекающих при заболеваниях, что это обязательно станет клинически полезным”.