Эпигенетика и рак: новый взгляд на проблему

Гены человека работают таким образом, что при разных обстоятельствах они могут «включаться» или «выключаться». По мнению исследователей, именно включение/выключение генов играет главенствующую роль в развитии большинства раковых патологий. Приятная новость в том, что процесс включения и выключения генов обратим, что дает надежду на успешное решение данной проблемы в будущем.

Рак и мутации – редкие спутники

Как известно, вся информация о нашем теле закодирована в ДНК. Это молекула, которая состоит из отдельных компонентов – нуклеотидов, выстроенных в ряд. Всего нуклеотидов 4 – аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). Располагающиеся в ряд нуклеотиды формируют гены, которые линейно располагаются по всей молекуле ДНК.

От ДНК к белку

Ваша уникальность есть не что иное, как уникальный белковый состав. Ваш рост, цвет глаз, волос, кожи и ряд других особенностей – это ваши белки, которые программируются генами. Как же это происходит?

Когда организму необходим какой-либо белок, то в ядро клетки (где содержится ДНК) посылается информация в виде сигнальных молекул. Эти молекулы считывают информацию с гена, с которого делается копия (молекула матричной РНК). Затем уже мРНК выходит из ядра в цитоплазму, где на нее садятся молекулярные машины по производству белка (рибосомы). Рибосомы прокатываются по матричной РНК, и, исходя из информации которую они считают (уникальная последовательность нуклеотидов), будут продуцировать те или иные виды белков.

Что такое рак, и почему он возникает – вопросы, которые до сих пор интересуют ученых и медиков. Долгое время считалось, что основная причина рака – мутации в геноме. Это когда последовательность нуклеотидов в ДНК нарушена: например, возникает замена одной буквы на другую, или когда добавляется буква, что приводит к полному нарушению считывания информации с гена. Изменение последовательности ДНК, как основная причина развития рака, была хорошо продемонстрирована на примере мутации генов BRCA1 и BRCA2, которые ассоциируются с раком груди. Эти факты только подкрепляли теорию мутаций. Однако все оказалось не так просто.

Согласно современным данным, истинные мутации в геноме составляют лишь 6-7% от всех причин злокачественных опухолей. Но как же с остальными 93-94%? Сегодня ученые вплотную подобрались к разгадке этой тайны. Возможно, основополагающую роль здесь играют эпигенетические факторы, то есть те факторы, которые находятся вне генома.

Метилирование ДНК

Метилирование – бомба замедленного действия

Если взять ДНК клетки и распутать ее, то получим цепь размером около 2 метров! Возникает вопрос – как же ДНК упаковывается в ядро клетки?! ДНК в клетке находится не в свободном виде, а в форме намотанной нити на специальный каркас, состоящий из белков, называемыми гистонами. Сначала нить ДНК наматывается на гистоны, образуя форму шарика, а затем и шарики группируются и складываются в фибриллы, которые в свою очередь также упаковываются уже в хроматиды и хромосомы. Таким образом, мы видим несколько стадий упаковывания ДНК, что позволяет 2-метровой нити уместиться в клеточном ядре.

Крепление ДНК к гистонам происходит благодаря химическим функциональным метильным группа. Процесс присоединения метильной группы называют метилированием. А фермент, который принимает в этом непосредственное участие, называется метилтрансферазой.

Как работает ДНК в разных клетках

Для производства белков гены изначально должны считываться с ДНК. Так вот, известно, что метилирование гена (присоединение метильной группы к участку ДНК) приводит к его «заглушке», то есть такой ген невозможно прочитать. Это свойство выработано в ходе эволюции неспроста. В каждой клетке организме ДНК одинакова. Однако, мы все прекрасно понимаем, что клетки сердца совершенно непохожи на клетки печени или нервные клетки, и продуцируют они совершенно разные белки. Как де так получается, если у клетки сердца, печени и нервной клетки одинаковая ДНК? А все дело как раз в регуляции генной активности в разных клетках. Гены, которые необходимы сердцу, выключены в клетках других органов, и, наоборот, гены, необходимы для деятельности клеток печени, выключены в сердце.

Благодаря механизму метилирования тело может регулировать генную активность в зависимости от нужд организма. Согласитесь, очень удобный способ координации работы, однако иногда он дает сбой. Так, в некоторых случаях происходит заглушка тех генов, деятельность которых, например, направлена на сдерживание онкологического процесса в организме. Когда такие гены «спят», то в клетках не образуются ключевые ферменты и иные молекулярные комплексы, необходимы для иммунологического надзора за раковым процессом. Отчего же происходит такое патологическое метилирование? Причин тому несколько, и в настоящее время определены следующие:

  • Токсические вещества из окружающей среды (в частности, вред от курения и приема некоторых лекарственных препаратов).
  • Нездоровое питание (обилие вредных веществ в пище).
  • Стрессы.
  • Изменение гормонального фона. В частности, известно, что гормон эстроген может стать причиной гиперметилирования некоторых генов.

Жидкая биопсия

Метилирование ДНК и ранняя диагностика рака

Основная проблема при раковых патологиях – это ранняя диагностика. Если рак диагностировать на ранних этапах, то шансы на полное выздоровление почти 100%. Следует отметить, что раку подвержено достаточно много люде на Земле, и если регулярно проводить диагностику, то медицина сможет спасти миллионы жизней. Одной из причин, почему нельзя вылечить рак, является слишком поздняя его диагностика, когда раковые клетки проникают во многие ткани и органы.

Научные исследования последних лет показывают, что уровень метилирования в раковых клетках гораздо выше, чем в нормальных. Сегодня в руках у ученых и клиницистов имеются инструменты для определения профиля метилирования в клетках, по которому можно будет судить, является эта клетка раковой или нормальной. Для такого анализу у пациента необходимо будет отобрать кусочек опухолевой ткани, то есть произвести хирургическое вмешательство, что, согласитесь, очень неудобно и рискованно. Однако недавно ученые установили, что раковые клетки могут распадаться, оставляя в крови свои уникальные «отпечатки» в виде метилированной видоизмененной ДНК. Так вот, по простому анализу крови можно будет выделить эти ДНК, и определить имеет ли она признаки раковой клетки.

Вышеописанный метод называется жидкой биопсией. Сегодня идут активные исследования по усовершенствованию данной методики. Как только она станет доступной, то это станет настоящей революцией  в онкологии. Мы сможем по простому анализу крови выявить рак на очень ранней стадии, когда от него можно будет полностью избавиться!

Причем тут гомоцистеин

Гомоцистеин – это аминокислота, которая не входит в состав белков. Образуется она в организме из аминокислоты метионина. Установлено, что гиперметилирование может быть тесно связано с повышенным уровнем гомоцистеина в организме.

Сегодня известно, что гомоцистеин оказывает нейротоксическое действие, а также избыток этого вещества чреват развитием ряда хронических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и рак.

Снизить уровень гомоцистеина в крови можно с помощью витаминов группы В, в частности, витамина В12. Витамины группы В в большом количестве вырабатываются кишечными бактериями, а также они поступают в организм с пищей. Некоторые лекарственные препараты, антибиотики, избыток соли в рационе питания нарушает кислотность кишечника, что приводит к нарушению баланса микробиома. А это в свою очередь влияет на уровень продукции витаминов группы В, а значит и количество гомоцистеина, от которого в том числе зависит и профиль метилирования ДНК.

 

Ранняя диагностика рака

Не рак выбирает нас, а мы выбираем рак

Учитывая, что профиль метилирования связан с воздействием ряда факторов окружающей среды, то становится очевидным, что многое зависит от образа жизни человека. Так, исследования показывают, что в порядка 70% случаев развитие онкологического процесса можно было бы предотвратить, если вести здоровый образ жизни. А правила здорового образа жизни не так сложны, как могут показаться:

  • Сведите к минимуму (а лучше откажитесь вовсе) употребление полуфабрикатов и фаст-фуда.
  • Ежедневно съедайте минимум 400 граммов разных овощей и фруктов.
  • Откажитесь от курения.
  • Откажитесь от чрезмерного употребления алкогольных напитков (вино окажет пользу, если пить не более 150 мл вина в день).
  • Уделяйте физическим нагрузкам минимум 30-40 минут в день.

Установлено, что если вы будете придерживаться вышеперечисленных простых рекомендаций, то организм очень быстро начнет отвечать положительными изменениями. Улучшится ваше самочувствие, вы сбросите вес (если он у вас был), а также предотвратите множество хронических заболеваний, в том числе и рак, поскольку вероятность появления гиперметилирования существенно снизится.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: