Молекулярно-генетическое исследование опухоли для подбора терапии

Связь с процессами в ДНК

Мутации возникают периодически из-за процессов, которые осуществляются в клетках живых организмов. Основные из них:

  • репликация;
  • рекомбинация;
  • репарация.

При репликации происходят спонтанные изменения нуклеотидов. К примеру, при дезаминировании цитониза в структуру ДНК напротив гуанина включается урацил, то есть вместо канонической пары Ц-Г образуется У-Г. В новую цепь добавляется аденин, появляется У-А, а после следующей репликации — Т-А. В этом случае наблюдается транзиция — так называют точечную замену одного пиримидина или пурина другим.

Если мутация связана с рекомбинацией, то она образована на основе неравного кроссинговера. Это происходит только в тех случаях, когда хромосома содержит сразу несколько дуплицированных генных копий, которые сохранили похожую нуклеотидную последовательность. В итоге в одной рекомбинантной хромосоме происходит делеция, а в другой — дупликация.

Часто можно встретить спонтанные повреждения цепи ДНК. Их можно устранить путем удаления ошибочного участка и внедрения на его место нового, правильного. Мутации проявляются, когда репарационный механизм не может справиться с повреждениями или просто не работает.

Генные мутации

Генные (точечные) мутации – это те, что возникают в результате изменения химической структуры гена и представляют собой замену, удаление или вставку нуклеотида. Возникают чаще, чем хромосомные и геномные, однако в меньшей степени меняют структуру ДНК. Также к генным мутациям относятся транслокации (перенос), дупликации (повторение), инверсии (переворот на 180°) участков гена, но не хромосомы.

Пример 1:

рассмотрим мутацию ГТТ ЦЦЦ ГГТ → ГТЦ ЦЦЦ ГГТ.

В первом триплете произошла тимина заменился на цитозин. Триплеты ГТТ и ГТЦ кодируют глутаминовую кислоту, поэтому данная мутация не вызвала изменений в структуре белка: глу-гли-про → глу-гли-про.

В других же случаях замена нуклеотида может изменить порядок аминокислот в молекуле белка и привести к фенотипическим последствиям.

Пример 2:

ГТТ ЦЦЦ ГГТ → ГТГ ЦЦЦ ГГТ.

В первом триплете тимин заменился на гуанин. ГТТ кодирует глутаминовую кислоту, а ГТГ — гистидин. Соответственно, первичная структура белка изменяется: глу-гли-про → гис-гли-про. Существует большая вероятность появления фенотипических изменений.

Гены

Каждый ген кодирует выработку своего белка. В генах возможно огромное количество мутаций (изменений) и повреждений. Одни участки молекулы ДНК могут замещаться другими, выпадать, добавляться или ошибочно повторяться. Если ген содержит поврежденный участок, то белок, выработку которого он кодирует, будет также поврежден. В некоторых случаях этот белок не будет работать, в других будет работать неправильно, что в любом случае приведет к нарушению жизнедеятельности клетки.

Генетические мутации могут передаваться по наследству. Наследственные мутации заложены в половых клетках. Когда клетки, содержащие мутацию, сливаются в процессе оплодотворения, мутация передается каждой клетке будущего ребенка. Тот факт, что каждая клетка содержит генетический дефект, делает возможным использования любой из них для генетического анализа. На практике для такого анализа чаще всего берут клетки со слизистой щеки или кров

Приобретенные мутации — это изменения ДНК, которые передались не по наследству, а возникли в течение жизни человека. Изменения в ДНК случаются постоянно, особенно во время деления клеток, но существует механизм исправления этих ошибок путем уничтожения дефектных клеток. В случае, если ошибку исправить не удается, мутация передается всем копиям поврежденной клетки.

Человеческая клетка содержит два набора хромосом, один наследуется от мамы, другой от папы. Каждый набор содержит 23 хромосомы — 22 аутосомы и 1 половую хромосому, либо X, либо Y. На данном рисунке представлен хромосомный набор мужчины, содержащий X и Y хромосомы; если бы это был хромосомный набор женщины, то он бы содержал две X хромосомы.

Гены соединяются в пары. В каждой паре один ген доминантный, другой рецессивный. Доминантный ген подавляет рецессивный. Рецессивный ген становится активным только в том случае, если доминантный неактивен или утерян. Если у одного из родителей поврежден доминантный ген, то каждый ребенок в семье имеет 50% вероятность получить поврежденный ген и, соответствующее заболевание.

При повреждении рецессивного гена, когда оба родителя здоровы, но каждый из них имеет один нормальный ген, а один поврежденный, каждый ребенок имеет 25% вероятность унаследовать два поврежденных гена и будут больны, 25% унаследуют нормальные гены, будут здоровы и не будут носителями дефектного гена, а 50% унаследуют один нормальный ген, а один поврежденный и будут здоровыми носителями, как их родители.

В чем особенность старения женщин

Процессы угасания в женском организме тесно связаны с угасанием репродуктивной функции. Если первые признаки старения проявляются уже после 30 лет (склонность к быстрому набору веса и более сухая кожа), то после 40-45 лет меняется гормональный фон, что ведет женщину к климаксу и его последствиям.

Если у мужчин с годами уровень тестостерона, снижается довольно плавно, то у дам гормоны ломаются резко. Происходит это уже во время перименопаузы (перед менопаузой). В этот период появляются неприятные симптомы, но главное, гормональная “поломка” делает женщин более уязвимыми перед разными угрозами здоровью.

Чем чревато снижение эстрогенов и тотальный гормональный сдвиг?

  • Падает уровень витамина А и сальные железы работают менее активно. В результате кожа начинает стремительно стареть.

  • Нарушается минеральный обмен в организме женщины — кальций вымывается из костей, что ведет к остеопорозу. Возможны также частые переломы.

  • Снижается иммунитет, что дает “зеленый свет” аутоиммунным и онкологическим процессам.

  • Ухудшается тонус мышц малого таза, что может привести к опущению или даже выпадению внутренних органов.

  • Дефицит эстрогена также делает женщин уязвимыми для сердечно-сосудистых заболеваний — например, ишемической болезни сердца и гипертонии.

  • Слизистая половых органов истончается, что способствует развитию инфекций (циститы и выльвовагиниты).

Это лишь часть возможных последствий климакса. Для того, чтобы предотвратить или, по крайней мере, смягчить проявления женского старения, необходима своевременная и грамотная заместительная гормональная терапия.

Факторы, влияющие на старение человека

Скорость старения примерно на 20% зависит от генетики человека и более чем на 80% — от эпигенетических факторов (сон, питание, физическая активность, экология и т.д.). По сути, это совокупность механизмов, которые постепенно снижают функции органов и систем. Выделим основные.

  • Окислительный (оксидативный) стресс. В процессе жизнедеятельности происходят различные метаболические реакции, и в результате “сгорания” энергии образуются свободные радикалы. Они окисляют ткани и являются одной из причин возникновения заболеваний, ассоциированных с возрастом. При стрессе, гипоксии, под воздействием радиации, а также при дефиците аминокислот и витаминов в организме накапливается избыточное количество свободных радикалов.

  • Ухудшение качества белков. С возрастом все более интенсивным становится процесс соединения белков с молекулами глюкозы — гликация. Это делает ткани организма менее эластичными и более жесткими, а питание клеток при этом замедляется. К тому же, с годами могут производиться белки ненормальной формы, которые быстро выходят из строя. А поскольку белки — главный строительный материал организма, снижение их качества заметно сказывается на здоровье.

  • Снижение митохондриальной функции. Митохондрии “отвечают” за клеточное дыхание и синтез АТФ — главного источника энергии. Их работу можно сравнить с котлами, которые сжигают кислород и питательные вещества. А в результате образуется колоссальное количество свободных радикалов, которые нарушают связь между клеткой и митохондрией. Из-за окисления клетка вынуждена либо самоуничтожиться, либо происходит старение клеток, что мешает нормальной работе тканей.

  • Ошибки репликации клеток и репарации ДНК. Факторы окружающей среды каждый день разрушительно воздействуют на ДНК. В ее восстановлении задействованы гены, от которых зависит продолжительность жизни человека. Так, “система исправления ошибок” уже встроена в наши клетки. Но если их накапливается чересчур много, это в конце концов приводит к дегенерации и гибели клеток.

  • Нарушение метилирования. От этого важнейшего биохимического процесса зависит обмен веществ и детоксикация, а также то, насколько корректно происходит синтез ДНК и включатся ли “плохие” гены, запустив наследственные заболевания. Метилирование помогает организму избавляться от отравляющих его тяжелых металлов (ртути, свинца, мышьяка). Исследователи считают, что снижение метилирования напрямую связано со старением и дегенеративными заболеваниями.

  • Истощение стволовых клеток. Стволовые клетки присутствуют в тканях нашего организма и обладают способностью делиться, давая жизнь новым клеткам. С возрастом их число сокращается. Отсюда замедление клеточного обновления и менее эффективная работа органов.

  • Накопление токсинов. Помимо вредных веществ, попадающих в организм извне, в наших клетках накапливаются остатки метаболизма, препятствующие их нормальному функционированию. Один из виновников процессов дегенерации — липофусцин, белковый продукт распада. Клетки не могут переварить его до конца и долгое время его не удается “обезвредить”. Липофусцин откладывается в межклеточном пространстве, и со временем его становится все больше. Этот белок токсичен и замедляет усвоение питательных веществ, а также процессы детоксикации.

  • Дефицит витаминов и микроэлементов. Их нехватка становится спусковым крючком для развития «возрастных» заболеваний. Но, к счастью, их можно скорректировать и, тем самым, починить механизмы, ломающиеся со временем.

Диагностика и лечение

  1. Диагностика СМА заключается в сдаче крови на анализ. Патологи проводят генетические исследования, оценивают ген выживаемости моторных нейронов. Спинальная мышечная атрофия обусловлена мутацией SMN-гена.
  2. После постановки диагноза, врач подберет препараты для терапии. Для лечения СМА используются самые дорогие медицинские препараты в мире. Пациентам с 3 и 4 типом болезни может быть прописана физиотерапия, использование вспомогательных устройств: ортопедических скоб, костылей, ходунков и инвалидных колясок.
  3. Пациентам показано введение препаратов, стимулирующих выработку белка SMN. «Спинраза» предназначена для детей в возрасте от 2 до 12 лет. Средство вводится в пространство вокруг спинного мозга. Препарат «Спинраза» должен применяться постоянно и длительно.
  4. На ранних стадиях болезни, детям младше двух лет может помочь однократная внутривенная инфузия препарата «Золгенсма». Терапия заменяет отсутствующий или поврежденный ген SMN1, останавливает прогрессирование болезни.
  5. Множество наследственных заболеваний не поддается полному излечению. Скорее всего мутировавший ген будет передан следующим поколениям. Но современные препараты позволяют больным поддерживать нормальную жизнедеятельность. Качество и продолжительность жизни напрямую зависят от того, на какой стадии было диагностировано заболевание.

Профилактика

Бытует мнение, что для определения предрасположенности к раку можно сделать простой анализ на наличие онкомаркеров – специфических веществ, которые могут быть продуктами жизнедеятельности опухоли.

Однако более половины онкологов нашей страны признают, что данный показатель неинформативен для профилактики и раннего выявления – он дает слишком высокий процент ложноположительных и ложноотрицательных результатов.

Повышение показателя может зависеть от целого ряда причин, совершенно не связанных с онкологическими заболеваниями. В то же время, есть примеры людей с онкологическими заболеваниями, у которых значения онкомаркера оставались в пределах нормы. Специалисты используют онкомаркеры как метод для отслеживания протекания уже обнаруженного заболевания, результаты которого нужно перепроверять.

Для выявления вероятности генетической наследственности в первую очередь, если вы входите в группу риска, нужно обратиться за консультацией к врачу-онкологу. Специалист, исходя из вашего анамнеза, сделает вывод о необходимости проведения тех или иных исследований.

Важно понимать, что решение о проведении какого-либо теста должен принять именно врач. Самолечение в онкологии неприемлемо

Неправильно интерпретированные результаты не только могут вызвать преждевременную панику – вы попросту можете упустить наличие развивающегося онкологического заболевания. Выявление рака на ранней стадии при наличии вовремя поставленного правильного лечения дает шанс на выздоровление.

Иммунитет к боли

Не чувствовать боль удобно, но опасно. Не просто так она нам нужна.

Боль. Бьетесь вы пальцем ноги об угол кровати, режетесь во время бритья или входите в закрытую дверь, все люди регулярно испытывают это чувство. Фармацевтические компании делают миллиарды, создавая обезболивающие, но секрет истинной нечувствительности к боли скрывается в мутантных генах, которые появляются относительно редко.

Ген SCN11A определяет количество натрия в клетках организма. Это может звучать не очень впечатляюще, пока вы не поймете, что нервные клетки используют натрий, посылая болевой сигнал. Если мутантный ген понижает уровень натрия, нервные клетки не имеют достаточного количества вещества, чтобы посылать такие сигналы, делая тела невосприимчивым к боли.

Что странно, эти люди чаще других ломают кости и вообще страдают от случайного членовредительства. В отсутствие боли, которая говорит им, что чего-то делать не стоит, они имеют тенденцию к травмированию себя, особенно в детством возрасте. Тем не менее их мутантные гены являются невероятно редкими и ценными, так что могут быть ключом к революционным новым обезболивающим.

Диагностика наследственных болезней

Жизнь человека начинается с момента зачатия

Чтобы уточнить состояние плода, важно провести пренатальную диагностику во втором триместре беременности. Тест поможет рассчитать риски различных синдромов (Дауна, Эдвардса, Корнели де Ланге) и дефектов.

Для определения метаболитов, специфических для наследственных болезней нарушения обмена веществ (энзимопатий), проводятся специальные пробы:

— Феллинга;

— Альтгаузена;

— Бенедикта;

— проба на гипераминоацидурию;

— микробиологический тест Гатри.

Чтобы диагностировать наследственные нарушения обмена аминокислот, олигосахаридов и гликозамимногликанов (мукополисахаридов), используются более сложные методы аналитической биохимии;

— электрофорез;

— тонкослойная хроматография;

— газовая и жидкостная хроматография;

— масс-спектрометрия;

— магнитная резонансная спектроскопия.

Помимо этого, медицина предрасполагает и другими методами определения генетических заболеваний:

— Генеалогический;

— Молекулярно-генетический;

— Биохимический;

— Цитогенетический;

— Дерматоглифика;

— Генетическое прогнозирование.

Интересуетесь антивозрастной
и превентивной медициной?

Узнайте больше на обучающих программах Anti-Age Expert

Чтобы стать лучшим — учитесь
у лучших!

Эксперты со всего мира станут вашими наставниками
на пути изучение Anti-Age Expert. Подробнее

Список литературы

  1. Н. П. Бочков «Клиническая генетика»
  2. В. М. Тоцкий «Генетика»
  3. А. В. Шевченко «Генетика человека»
  4. В. С. Баранов, Е. В. Баранова, Т. Е. Иващенко «Геном человека и гены «предрасположенности»: введение в предиктивную медицину»
  5. О. С. Юткина, А. Ф. Бабцева «Диагностика генетических заболеваний»

Модели мутагенеза

Ученые пытаются обосновать природу и особенности появления мутаций. Сегодня в исследованиях используется полимеразная модель, но есть и иные виды. Характеристика основной модели базируется на единственной причине образования отклонений — случайных ошибках ДНК-полимеразы. Биологи Уотсон и Крик предложили еще одну модель — таутомерную. Они считали мутацию обыкновенным физико-химическим явлением.

Полимеразную модель впервые выстроил Бреслер. Он предположил, что единственная причина мутаций — это ошибки ДНК-полимераз. В цепи они иногда встраивают напротив фотодимеров некомплементарные нуклеотиды. На основе этих утверждений было создано А-правило. Оно звучит так: ДНК-полимераза добавляет аденины напротив поврежденных участков.

Таутомерная модель основывается на работах других ученых. По мнению Крика и Уотсона, основания ДНК-структуры при неблагоприятных условиях переходят в неканонические виды, которые изменяют характер их спаривания. Кристаллы нуклеиновых кислот ученые облучали ультрафиолетом и выявили редкие таутомерные соединения цитозина. Этот опыт повторялся неоднократно, но все же аргументы и эксперименты Уотсона с Криком многие биологи ставили под сомнение.

Ученый Полтев вместе с другими авторами определил ещё одну модель мутагенеза. Он выявил молекулярный механизм, позволяющий распознать пары оснований нуклеиновых кислот с помощью полимеразы. В итоге выяснилось, что отклонения в ДНК вызваны дезаминированием 5-метилцитозином, а это приводит к транзиции от цитозина к тимину.

Какие функции выполняет ген ROS1?

Если быть точнее, то ROS1 — это название не гена, а белка. Как мы уже упомянули, это рецептор с тирозинкиназной активностью, встроенный в клеточную мембрану. Он принимает сигналы извне, передает их внутрь клетки и вызывает в ней определенные эффекты. По строению ROS1 похож на рецепторную тирозинкиназу ALK. Он относится к семейству инсулиновых рецепторов.

ROS1 — белок, состоящий из 2347 аминокислот с молекулярной массой 263915 дальтон. Он был обнаружен в 1986 году, однако, до сих пор его роль в норме не установлена. Белки-рецепторы, встроенные в клеточную мембрану, активируются при взаимодействии с определенными молекулами — лигандами. Лиганд ROS1 неизвестен.

На данный момент мы знаем, что ROS1 передает сигналы, которые играют роль в росте и дифференцировке клеток. Он участвует в регионализации проксимального эпидидимального (в придатке яичка) эпителия.

ROS1 кодируется геном c-ros, который находится в длинном плече шестой хромосомы. Его позиция обозначается как 6q22.1.

Экспрессия (активность) гена c-ros обнаруживается почти во всех типах клеток организма. Наиболее высока она в клетках печени, тромбоцитах, T-клетках и моноцитах.

Несмотря на то что о функциях этого гена известно немного, мутации в нем, связанные с онкологическими заболеваниями, довольно хорошо изучены. Существуют таргетные препараты, которые помогают бороться с такими злокачественными опухолями.

В чем опасность трансформации

Трансформации, наблюдающиеся на примере раковых патологий, составляют 2 группы:

  • Генетические – существуют во всех человеческих клетках с самого рождения;
  • Соматические– могут возникать на протяжении всей жизни в конкретных клетках.

Трансформации в гене относятся ко второй группе. При нормальной работе полипептидная цепь PI3K сдерживает каталитическую единицу. Трансформация же гена делает ее постоянно активной.

Мутации гена и типы рака

Трансформацию гена наблюдают при разных типах раковых заболеваний, среди них:

  • Онкологическая патология молочной железы;
  • Онкология кишечника;
  • Онкология простаты;
  • Онкология яичников;
  • Онкологической патологии печени;
  • Онкологической патологии матки и т.д.


Мутации HRR

Трансформация гена при онкологической патологии молочной железы

Клиническая практика говорит о том, что злокачественные очаги молочной железы до 70% случаев связаны со сбоем работы сигнального пути. Причина заболеваний – трансформация генов.

Выявляют несколько типов рака молочной железы:

  • Гормонально-позитивный. На темпы развития опухоли оказывают влияние гормональные эффекты, поэтому как мера лечения оптимальна терапия гормональная.
  • HER2-позитивная онкология. В каждом пятом случае в опухоли обнаруживают белок HER2, являющийся рецептором и, соответственно влияющий на развитие злокачественного новообразования. Для лечения такого рака применимы препараты таргетные.
  • Тройной негативный рак. В злокачественном очаге отсутствуют гормоны и значительное количество HER2. Очаг агрессивен, и лечить его очень сложно.

Трансформация в гене при гормонально-позитивной онкологии либо негативной запускают патологическую активацию, в связи с чем гормональная терапия не имеет никакого эффекта.

Трансформация гена HER2-позитивной онкологии наблюдаются в каждом пятом случае. В этой ситуации патогенные клетки становятся невосприимчивыми к таким препаратам таргетного характера, как трастузумаб.

Мутационные изменения гена существенно влияют и на прогноз выживаемости, особенно начиная с III стадии заболевания.

Мутационные трансформации гена при иных раковых заболеваниях

Мутация гена наблюдается и при иных видах онкологических заболеваний. Например, онкология толстой и прямой кишки дает до 30% случаев трансформации PIK3CA. В большинстве случаев прогноз становится неблагоприятным.

Кроме того мутационная трансформация гена повышает невосприимчивость опухоли немелкоклеточной онкологии легкого к ряду ингибиторным препаратам.

Обнаружение мутации

В большинстве случаев трансформация PIK3CA-гена обнаруживается посредством полимеразной цепной реакции. В условиях лаборатории ДНК злокачественных клеток копируются с применением ферментов, а затем изучают.

Наличие трансформационного процесса в гене может быть выявлено при анализе кровяной плазмы. Данный путь гораздо проще, чем предыдущий: не нужно проводить биопсию. Однако результат может быть некорректным.

Клиника интегративной онкологии Onco.Rehab аккумулирует в своей деятельности передовой международный опыт лечения онкологических заболеваний. Применяет новейшие препараты и методики в лечении раковых заболеваний.

Причины появления

Геномы животных и человека относительно стабильны, что сохраняет видовую структуру и возможность нормального развития. Для поддержания этого процесса в клетках работают репарационные системы, они исправляют нарушения в цепи ДНК. Но если бы изменения вообще не могли сохраняться, то живые организмы не приспособились бы к новым условиям обитания. Процесс эволюции остановился бы. Большое значение для создания должного уровня наследственной изменчивости имеют мутации.

Термин впервые встречается в работе де Фриза «Мутационная теория». В этом труде ученый выявил прерывистые скачкообразные изменения в цепи ДНК. Он выделил основные особенности мутации:

  • формы константы;
  • возможность вторичного возникновения;
  • разделение на полезные и вредные;
  • зависимость от количества исследованных видов.

Существует два типа мутаций — индуцированные и спонтанные. В первом случае изменения возникают из-за наследственности, а у предков они появлялись из-за неблагоприятных условий окружающей среды или в результате экспериментов. Спонтанные зарождаются самопроизвольно в течение всей жизни даже при нормальных условиях обитания. Они встречаются с довольно маленькой частотой на нуклеотид за клеточную генерацию.

Последствия для организма

Обычно мутации отрицательно сказываются на многоклеточном организме. Они приводят к отмиранию клеток — апоптозу. Если внутренние и внешние защитные механизмы не смогли обнаружить отклонение, то ген получат все потомки, что полностью изменит функционирование пораженных частей.

Мутации в соматических клетках часто приводят к образованию злокачественных опухолей. Так возникают фибромы, наросты на мягких тканях, онкология. Нарушения в половых структурах вызывают изменения у организмов-потомков.

Если условия проживания стабильны или изменяются практически незаметно, то у большинства существ генотип стремится к оптимальному уровню. Мутации в этом случае нарушают функции организма, снижают его иммунитет и способность приспосабливаться к новой окружающей среде. Но в редких случаях свойства отклонений оказываются полезными — они позволяют человеку или животному быстрее адаптироваться.

Иммунитет к яду

Тем, у кого иммунитет к яду безопасно даже в такой пустыне.

Когда дело доходит до яда, тело человека очень быстро сдается. Даже одна капля цианида или рицина — всё. Если эти вещества по случайности или специально попадают в тело человека, от них уже нет защиты.

Однако на протяжении сотен лет жители Сан-Антонио де лос Кобрес в Аргентине попивали горную воду, уровень мышьяка в которой превышает безопасный в 80 раз. И, как ни странно, оставались жителями Сан-Антонио де лос Кобрес. Несмотря на чрезвычайное повседневное воздействие смертоносного металла, жители остаются абсолютно здоровыми. И все благодаря мутантному гену, который прошел через тысячи лет естественного отбора.

Имя ему — AS3MT. Он позволяет телу обрабатывать мышьяк, не позволяя ему накапливаться в опасных концентрациях, поэтому владельцы этих микроскопических мутантов могут поедать столько мышьяка, сколько им вздумается. Оценивается, что сейчас этот ген есть у 6000 человек в общем.