Течни биопсии на кръв, базирани на ДНК анализ на нуклеозомна ДНК

 Изследователи от Еврейския университет в Йерусалим доказаха, че анализът на свободната нуклеозомна ДНК в кръвта позволява да се получи информация за активните патологични процеси в тъканите, засегнати от рак или други заболявания.

Когато клетките умрат, фрагменти от техния генетичен материал се освобождават в кръвообращението. През последните години различни подходи се заеха с анализа на тези фрагменти като източник на информация за здравето на организма, за да разработят приложения в клиничната практика. В резултат на това съществуват методи за откриване на туморна ДНК или фетална ДНК в кръвта на пациент или бременна майка съответно и също така е възможно да се идентифицира произхода на един тумор от епигенетичните маркери на тъканта, от която е получена туморната ДНК.

В разработка, публикувана миналия януари в Nature Biotechnology, екипът, ръководен от Нир Фридман и Ронен Саде от Еврейския университет в Йерусалим, предлага нов подход за получаване на информация от свободна ДНК в кръвта. В този случай изследователите са анализирали нуклеозомите, основни единици на хроматина, състоящи се от комплекси от осем хистона, обвити  около приблизително 150 двойки бази на ДНК.

Комбинацията от модификации в хистоните в определен момент влияе върху достъпността на машината за генна експресия на ДНК и определя активността на генома. Вземайки предвид тази характеристика, изследователите използват в кръвни проби техника, известна като имунопреципитация на хроматина, която позволява да се селекционират нуклеозоми с модификации на конкретни хистони (които отразяват специфични етапи от активността на генома). След това екипът анализира ДНК на избраните нуклеозоми като молекулярно улавяне (моментна снимка) на генната активност. Общо екипът анализира около 250 проби, съответстващи на 61 здрави донори, четирима пациенти с миокарден инфаркт, 29 пациенти с автоимунни или метаболитни заболявания и 56 пациенти с метастатичен колоректален карцином.

Изследователите са използвали течна биопсия, базирана на анализ на нуклеозомите, с която се получава различна информация за това от коя тъкан произхождат и кои гени са били активни. Изображение: Darryl Leja, National Human Genome Research institute (www.genome.gov)

 Анализирайки нуклеозомната ДНК, изследователите могат да получат информация за естеството на заболяването, като например кои региони са били активни или неактивни въз основа на модификациите на хистона, къде се намира или колко напреднала може да бъде болестта. В проучването екипът открива разлики между проби от здрави контроли и пациенти. Например, те са получили информация за различната транскрипционна активност на хора с чернодробни заболявания и са разграничили специфични за рака молекулярни знаци.

Ключът към нуклеозомния анализ на ДНК се крие в епигенетичната информация, която съдържа. Фридман изтъква, че след като са разбрали, че тази информация може да се запази в ДНК, налична в кръвта, те са решили, че могат да използват тези данни, за да определят произхода на мъртвите тъкани или клетки и гените, които са били активни в тези клетки. „Въз основа на тези резултати можем да разкрием ключови подробности за здравето на пациента“, обяснява изследователят. "Ние сме в състояние да разберем по-добре защо клетките са умрели, дали има инфекция или рак и въз основа на това да бъдем в по-добра позиция да определим как се развива болестта."

Авторите на работата подчертават, че уникална характеристика на секвенцията на нуклеозомна ДНК, избрана от ChIP е, че стъпката, в която нуклеозомите се избират според хистоновите маркировки, генерира биологично релевантно представяне на генома и позволява да се задават конкретни въпроси. Този подход предлага информация, която секвенцията или анализът на метилиране на свободна ДНК в кръвта не може да предостави, като например да предложи изображение на транскрипционната активност.

„Надяваме се, че този подход ще ни позволи ранно диагностициране на заболявания и ще помогне на лекарите да третират по-ефективно пациентите“, посочва Ронен Саде, един от директорите на работата.

Referencia: Sadeh R, et al. ChIP-seq of plasma cell-free nucleosomes identifies gene expression programs of the cells of origin. Nat Biotech. DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-020-00775-6

Fuente: An end to invasive biopsies? https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-02/thuo-aet020821.php

Автор: Amparo Tolosa, Genotipia

Превод от испански: Лиляна Петрова

Източник: Biopsias líquidas en sangre basadas en análisis de ADN de los nucleosomas