Образ жизни – или, иначе говоря, «вредные привычки» – это одно из хрестоматийных объяснений того, почему некоторые люди подвержены более высокому риску заболевания раком. Мы часто слышим, что курение увеличивает риск развития рака легких или что диета с высоким содержанием жиров увеличивает риск развития рака кишечника, но не все курильщики заболевают раком легких, и не все люди, которые едят чизбургеры, заболевают раком кишечника. “Другие факторы” должны быть задействованы.
Теперь новое исследование ученого из Университета Калгари д-ра. Эдвин Ван, Ph.D., проливает свет на эти “другие факторы”. Ван обнаружил семь отпечатков или структур ДНК, которые определяют риск рака. Исследование опубликовано в Science Advances.
"Это открытие переписывает объяснение из учебников о том, что рак возникает из-за человеческого поведения в сочетании с некоторой неудачей, включая его генетический состав," говорит Ван. "Мы считаем, что ребенок рождается с геномным паттерном зародышевой линии, который не изменится, и этот паттерн связан с более низким или более высоким риском рака."
Исследование предлагает новое понимание риска возникновения заболеваний у нескольких поколений, поскольку зародышевая линия представляет собой клетки, которые определяют наших детей, и ДНК, которая передается от родителей к детям. Ученые впервые описали эти узкоспециализированные биологические закономерности, применимые к риску рака.
Ван, системный биолог и специалист по большим данным, возглавляет кафедру трансляции в области геномики рака в Альберте. Он предполагает, что все подпадают под эти категории риска, что делает их более или менее предрасположенными к раку, во многом как скользящая шкала. Член Исследовательского института детской больницы Альберты (ACHRI) и Института рака Арни Шарбонно Медицинской школы Камминга Ван обнаружил, что отпечатки пальцев ДНК можно разделить на подгруппы с разными показателями выживаемости. Одна из семи зародышевых линий обеспечивает защиту от развития рака, а шесть других зародышевых линий представляют больший риск развития рака.
"Интересно, что одна из этих зародышевых линий защищает от развития рака, и это часто появлялось в нашем анализе геномов," говорит Ван, профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии CSM. "Мы знаем, что есть люди, которые могут курить и вести нездоровый образ жизни, но никогда не болеют раком, и это открытие может объяснить этот феномен."
Для этого исследования Ван провел массивный систематический анализ более 26 000 геномов зародышевой линии людей, около 10 000 человек с раком, а остальные – без. Его команда проанализировала компьютерные файлы больных раком в Национальном институте рака – данные, собранные Национальным институтом здравоохранения для Атласа генома рака, входящего в состав Национальных институтов здравоохранения США.S. Образцы включают 22 различных вида рака, включая рак легких, поджелудочной железы, мочевого пузыря, груди, мозга, желудка, щитовидной железы, костей и еще десяток. В контрольную группу людей без рака вошли группы с геномным секвенированием из Швеции, Англии и Канады.
Огромные объемы данных можно было обработать только с помощью машинного обучения. Лаборатория Вана оборудована для работы с данными через сверхскоростные сети в Калифорнийском университете в Калгари. Для этого исследования требуется колоссальный объем компьютерной памяти: 10 миллионов терабайт. Чтобы понять этот объем, в одном терабайте может храниться 250 фильмов.
"Даже на высокой скорости, с двумя потоками, работающими 24/7, нашей лаборатории потребовалось три месяца подряд только для того, чтобы загрузить биологическую информацию, содержащую миллиарды и миллиарды нуклеотидов в каждом отдельном геноме," говорит Ван.
Ван отмечает, что от пяти до 10 процентов случаев рака вызваны конкретными генными мутациями. Подумайте о раке груди и унаследованных генах BRCA1 и BRCA2, мутации гена, широко известной актером Анджелиной Джоли. Ван всегда подозревал, что эти унаследованные виды рака представляют собой лишь несколько ассоциаций, и предпринял более глубокое исследование с расширенными геномными возможностями, чтобы выявить больше ассоциаций.
"Мы хотели выяснить, может ли геномный паттерн или существенный, многократно встречающийся последовательный профиль в геномах служить многообещающим измерением генетической предрасположенности к раку," говорит Ван.
"Мы обнаружили, что один ДНК-отпечаток был в десятки или сотни раз обогащен в геномах зародышевой линии больных раком, что позволяет предположить, что это универсальный наследственный признак, кодирующий риск рака." Исследование также показало, что еще один ДНК-отпечаток пальца был сильно обогащен у онкологических больных, которые также курили табак, что указывает на то, что курильщики, несущие такой ДНК-отпечаток, имеют более высокий риск рака.
Геномная медицина делает диагностику заболеваний более эффективной, рентабельной и может помочь людям принимать решения в отношении здоровья на протяжении всей их жизни. Исследование Вана закладывает основу для инструментов, которые могут помочь онкологам и семейным врачам направлять пациентов. "Я надеюсь, что будут проведены дальнейшие исследования, чтобы расширить эту работу, чтобы в конечном итоге она могла быть реализована на практике, позволяя клиницистам информировать пациентов об их риске рака и о том, как принимать меры предосторожности для обеспечения здорового образа жизни."