Исследование почти 2700 опухолей из 38 тканей позволило глубже понять генетическую основу рака

Самое масштабное исследование генетической природы рака в истории человечества позволило глубже понять механизмы возникновения опухолей. Ученые  секвенировали 2658 полных геномов рака наряду с подобранными образцами незлокачественных клеток от тех же самых людей. Эти данные были дополнены 1188 транскриптомами - последовательностями РНК-транскриптов в опухоли.

Что такое PCAWG

«Пан-раковый полногеномный анализ» (PCAWG) представляет наиболее полный метаанализ раковых геномов. В отличие от предыдущих работ, которые были сосредоточены в основном на кодирующих белок областях ракового генома (то есть на экзонах), PCAWG анализирует  геном целиком.

Открытия PCAWG

Консорциум исследователей выяснил, что каждый раковый геном в среднем несет четыре или пять мутаций, которые и дают раковым клеткам преимущество. Только у 5% исследованных опухолей не было выявлено таких отклонений. Напротив, во многих раковых опухолях были обнаружены признаки геномных аномалий, называемых хромоплексией (17,8% опухолей) и хромотрипсисом (22,3%), которые приводят к серьезным структурным изменениям в геноме.

Еще одно открытие состоит в том, что ранее обнаруженные некодирующие драйверы, такие как РНК NEAT1 и MALAT1, были поставлены под сомнение. В то же время, описаны новые. Например, авторы сообщают о мутации в некодирующей области гена-супрессора опухоли TP53. Они также обнаружили относительно частые мутации в некодирующих областях гена теломеразы TERT, которые приводят к избыточной экспрессии фермента теломеразы (который помогает опухолевым клеткам неконтролируемо делиться), отражая высокую (12%) распространенность мутаций теломеразы, обнаруженных в предыдущих пан-раковых исследованиях наиболее распространенных (метастатических) опухолей.

Кроме того, учеными описаны геномные аберрации, называемые сигнатурами. Сигнатуры - это комбинации мутаций, характерные для конкретной опухоли. Различные процессы, такие как дефектные механизмы репарации ДНК или воздействие мутагенов окружающей среды, производят эти характерные паттерны ДНК. Только большие наборы геномных данных позволяют уточнить известные мутационные сигнатуры или открыть новые. В новом исследовании выявлено 97 сигнатур. В них входили не только обычные однонуклеотидные сигнатуры, но также сигнатуры, включающие мультинуклеотидные варианты и небольшие дупликации или делеции ДНК.

Организация работы PCAWG

Примечательно, что такое масштабное научное исследование стало возможным благодаря двум факторам. Первый из них: сотрудничество ученых практически со всего мира. Исследователи были разделены на 16 рабочих групп, каждая из которых была сосредоточена на различных аспектах геномики рака - например, для оценки встречаемости мутаций или определения эволюции опухоли.

Второй фактор: использование технологии облачных вычислений. Работа потребовала сотен терабайт данных, распределенных по нескольким центрам обработки данных, и, вероятно, миллионы часов обработки.

Однако у проекта были и свои ограничения. «PCAWG успешно дополняет десятилетия исследований по секвенированию рака. Стоит отметить, что, несмотря на то, что аналитические выводы позволяют более глубоко взглянуть на рак, чем описательные исследования, их результаты также связаны с более высокой степенью неопределенности.

Широкая доступность и качество собранных данных наверняка вызовут волну научных озарений и методологических разработок.

Самым большим ограничением современных исследований является отсутствие клинических данных о результатах лечения пациентов. Такие данные позволят исследователям определить генетические изменения, которые могут предсказать клинические результаты. К счастью, в настоящее время реализуется проект под названием «Международный консорциум по ускоренному исследованию геномной онкологии (ICGC-ARGO)», который позволит создать такой ресурс для более чем 100 000 больных раком», - пишут авторы исследования.

Статья опубликована в журнале Nature.