Точная оценка риска: генетика в помощь онкологам

На сегодняшний день известно о более чем двухстах заболеваниях, связанных с передачей из поколения в поколение предрасположенности к раку. Носителем мутаций предположительно является каждый 180-й житель планеты.Препараты, эффективно снижающие риск развития наследственного онкозаболевания – дело будущего, но современная наука позволяет установить факт носительства и рассчитать степень этого риска. А для лечения рака – точно определить, что представляет из себя опухоль, и каковы причины ее появления.

Индивидуальный подход

Связанные с наследственностью онкозаболевания проявляются раньше и протекают более агрессивно. Кроме того, больные с мутацией генов требуют другого лечения, отличающегося от того, которое положено пациентам со спорадическим (не связанным с наследственностью) заболеванием. И знание о носительстве рокового гена, который можно обнаружить с помощью молекулярно-генетического тестирования, позволяет спасти многие жизни.

Существовавшие долгое время схемы химиотерапевтического лечения рака были малоэффективными. Прорывом стало появление таргетной терапии, целенаправленно воздействующей на опухолевые клетки пациентов с определенными генетическими перестройками. Но оставалась проблема выявления больных, которым показана такая терапия. Решить ее помогла расшифровка генома человека, работы по которой официально завершились в 2003 году. Тогда же появилось и понятие «персонализированная медицина». И сегодня в онкологии уже полноценно применяется генотипирование опухоли с оценкой эффективности применения тех или иных таргетных препаратов.

Фото: maxpixel.net

Подобные панели появляются сейчас у различных компаний-производителей, рассказал руководитель научной группы разработки новых методов диагностики на основе технологий высокопроизводительного секвенирования ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребназдора Камиль Хафизов. В таком подборе таргетной терапии есть не только медицинский, но и экономический смысл: разумнее сначала провести анализ на наличие мутаций, чем вслепую тратиться на дорогую терапию, показанную далеко не всем. Но пока государство не финансирует молекулярно-генетическое тестирование, за это платит сам больной или региональный бюджет, как, например, в Москве.

Роковые мутации

Предрасположенность к некоторым видам рака возникает, в частности, при поломках генов BRCA 1 и BRCA 2, которые защищают от нарушений молекулы ДНК. По словам председателя Российского общества клинической онкологии (RUSSCO), замдиректора по научной работе НИИ клинической онкологии НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Сергея Тюляндина, наличием мутаций генов BRCA обусловлено около 15% рака яичников и молочной железы. Кроме того носителями «поломанных» генов являются 5-10% пациентов (вне зависимости от их пола) с раком поджелудочной железы и мужчин, больных раком простаты. По этой же причине возникает рак молочной железы у мужчин. Здоровые мужчины, носители мутаций генов BRCA с большой вероятностью передают их следующим поколениям.

Мутация гена EGFR, которая играет ключевую роль в патогенезе опухоли, встречается у четверти больных раком легкого, а наличие белка ALK, способствующего быстрому прогрессированию заболевания – у 4-5% больных. Таким образом, почти 30% больных раком легкого имеют шанс на получение более эффективной химиотерапии (всего раком легкого ежегодно 60 тыс. россиян). Однако пока в России мутация гена EGFR диагностируется только у 3 тыс. из 15 тыс. ее носителей, рассказал директор НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Иван Стилиди, выступая 25 декабря на заседании президиума РАН.

Иван Стилиди. Фото: Наталия Губернаторова

Стилиди предложил внедрить госпрограмму молекулярно-генетического тестирования, дающую возможность продлить жизнь пациентов с наследственным раком.Это можно было бы сделать, масштабировав реализуемую RUSSCO с 2012 года программу «Совершенствования молекулярно-генетической диагностики». За пять лет тестирование, направленное на выявление мутаций рака легкого, колоректального рака, меланомы и рака яичников, по этой программе прошли более 46 тысяч пациентов.

Сегодня в мире разработано большое количество тестов на мутации в генах BRCA1 и BRCA2, основанных на технологиях пиросеквенирования (технологиях «первого поколения»), рассказал Хафизов. Помимо этого есть и расширенные тесты, где прочитываются около 20-30 генов, поломки в которых также ассоциированы с развитием ряда онкологических заболеваний. Мутации в них зачастую обладают меньшей пенетрантностью (вероятностью проявления), но достоверно связаны с увеличением риска развития заболевания.

При этом остаются более редкие мутации, которые не определяются в имеющихся тест-системах.И выход здесь – в высокопроизводительном секвенировании нового поколения NGS (next-generation sequencing), которое позволяет прочитать всю последовательность генома любого живого существа и выявить его фенотипические особенности.

Популяционная геномика

Некоторые страны уже реализуют программы по генетической паспортизации населения, рассказал ведущий сотрудник института физико-химических исследований RIKEN (Япония) и зав. лабораторией экстремальной биологии Казанского федерального университета Олег Гусев. По его словам, странам с большим этническим разнообразием, в том числе России, очень важно знать геномный профиль своего населения. В генетике есть понятие «фаундер-эффект» (founder effect), когда в какой-то момент определенные мутации, связанные с заболеваниями, зарождались на достаточно ограниченной территории. И для ряда заболеваний генетические предрасположенности к ним связаны с мутациями, которые характерны для жителей этой территории.  

В рамках большого проекта «Наследственная геномика Российской Федерации» ученые КФУ и Республиканского онкодиспансера исследуют генетические мутации у людей, в семьях которых есть рак, передающийся по наследству. До недавнего времени считалось, что для России известен практически весь небольшой спектр наследственных мутаций связанных с раком молочной железы (тем его видом, которого боялась Анджелина Джоли), и достаточно просто посмотреть 6-7 точечных маркеров в двух генах, чтобы уверенно говорить, есть ли у больной наследственные патогенные мутации, связанные с раком. Однако оказалось, что уже в 700 км от Москвы, в Татарстане, этот профиль наследственных мутаций совершенно другой, говорит эксперт.

Олег Гусев. Фото: Facebook

Поэтому если брать маркеры, которые используются для Западной Европы и славянского населения, условно говоря, Москвы и Петербурга, то на территории Татарстана они просто не будут работать, создавая опасность ложно-негативных значений, рассказал Гусев. Зато риск развития болезни несут в себе мутации, не встречающиеся в других популяциях. «И здесь на помощь пришло как раз NGS, позволяющее использовать не анализ точечных мутаций, а посмотреть целиком ген BRCA и четыре десятка других генов, которые связаны с онкологией», — говорит эксперт. Ученые расширили выборку, включив в исследование пациентов из Чувашии, Удмуртии, Башкирии, Ханты-Мансийска, Оренбурга и Краснодара. Собрали более чем полторы тысячи образцов ДНК и оценили частоту мутаций генов, участвующих в наследственных формах рака в разных регионах страны.

Но тут возникла следующая проблема – связанная с отсутствием референтной базы данных, то есть, выборки здоровых людей для сравнения обнаруженных мутаций. «Один из признаков того, что мутация является патогенной – то, что она редко встречается в популяции, иначе болели бы все, — объяснил Гусев. – Но когда в выборке из более 1,5 тысяч онкопациентов генетики видят какую-то часто встречающуюся мутацию, нет уверенности, что именно она является причиной развития рака. Нам приходится смотреть в международных базах данных здоровых людей и когорты клинических выборок. Но поскольку в России генетический профиль населения особый, то единственный способ решить эту проблему – провести собственный геномный проект и составить такую базу для каждой народности нашей страны».

Будущее онкогенетики

Сегодня глобальные научные разработки все больше переходят в разряд практических диагностических решений. Например, геномные исследования Казанского онкоцентра, проведенные совместно с японским RIKEN, позволили выделить динамический маркер, по которому можно оценивать первичные опухоли на то, будут ли после нее появляться метастазы. Обнаружить маркер, который может предсказать такую возможность в случае рака эндометрия, удалось по его экспрессии (преобразовании наследственной информации в белок).

«В идеале этот анализ следует проводить прямо во время операции, чтобы врач мог принять решение о том, оставлять ли лимфатические узлы. Обычно их удаляют для перестраховки, но в 80% случаев это не обосновано», – рассказал Гусев. Еще одно перспективное направление, позволяющее анализировать ткани прямо во время операции – это так называемая технология «у постели пациента» (at the patient’s bedside). Речь идет о компактном приборе, который за 20-30 минут даст результат генетического теста ткани, и это позволит скорректировать операцию.

Много усилий направлено сегодня и на разработку малоинвазивных методов диагностики рака на ранних стадиях. Один из подходов – диагностика по свободно циркулирующей ДНК в крови (так называемая жидкостная биопсия). «Опухолевые клетки выбрасывают в кровь небольшие фрагменты ДНК, содержащие мутации, которые и привели к появлению опухоли, — рассказал Камиль Хафизов. – Количество таких клеток очень мало на фоне здоровой ДНК, поэтому их детекция стандартными методами практически невозможна. Но уже появились подходы, позволяющие «отлавливать» такие молекулы». Правда, пока они еще практически не применяются и в клинические рекомендации не входят.

Камиль Хафизов. Фото из личного архива

Между тем, в Министерстве здравоохранения делают большую ставку на прикладную генетику: весной 2018 года на заседании Научного совета с участием президента РФ глава ведомства Вероника Скворцова заявила о необходимости построения в России сети национальных геномных центров, которые будут заниматься не только генетической диагностикой, но и терапией. Ожидается, что к середине 2019 года будут отобраны организации, на базе которых будут созданы центры геномных исследований, не менее трех из которых должны заработать до конца 2020 года.

Один из таких центров, который будет заниматься диагностикой рака на генном уровне, появится в парке биомедицины Первого МГМУ им. Сеченова уже в нынешнем году. По словам ректора университета Петра Глыбочко, в центре будут проводить полногеномное секвенирование для выявления наследственных синдромов в онкологии и мутаций, приводящих к развитию рака. Кроме диагностики, геномный центр будет работать над созданием новых лекарственных препаратов–коктейлей для лечения онкологических пациентов. По мнению Глыбочко, за молекулярными коктейлями будущее, но для их создания надо иметь хорошую базу генетических данных.

На сегодняшний день известно о более чем двухстах заболеваниях, связанных с передачей из поколения в поколение предрасположенности к раку. Носителем мутаций предположительно является каждый 180-й житель планеты.Препараты, эффективно снижающие риск развития наследственного онкозаболевания – дело будущего, но современная наука позволяет установить факт носительства и рассчитать степень этого риска. А для лечения рака – точно определить, что представляет из себя опухоль, и каковы причины ее появления.

Индивидуальный подход

Связанные с наследственностью онкозаболевания проявляются раньше и протекают более агрессивно. Кроме того, больные с мутацией генов требуют другого лечения, отличающегося от того, которое положено пациентам со спорадическим (не связанным с наследственностью) заболеванием. И знание о носительстве рокового гена, который можно обнаружить с помощью молекулярно-генетического тестирования, позволяет спасти многие жизни.

Существовавшие долгое время схемы химиотерапевтического лечения рака были малоэффективными. Прорывом стало появление таргетной терапии, целенаправленно воздействующей на опухолевые клетки пациентов с определенными генетическими перестройками. Но оставалась проблема выявления больных, которым показана такая терапия. Решить ее помогла расшифровка генома человека, работы по которой официально завершились в 2003 году. Тогда же появилось и понятие «персонализированная медицина». И сегодня в онкологии уже полноценно применяется генотипирование опухоли с оценкой эффективности применения тех или иных таргетных препаратов.

Фото: maxpixel.net

Подобные панели появляются сейчас у различных компаний-производителей, рассказал руководитель научной группы разработки новых методов диагностики на основе технологий высокопроизводительного секвенирования ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребназдора Камиль Хафизов. В таком подборе таргетной терапии есть не только медицинский, но и экономический смысл: разумнее сначала провести анализ на наличие мутаций, чем вслепую тратиться на дорогую терапию, показанную далеко не всем. Но пока государство не финансирует молекулярно-генетическое тестирование, за это платит сам больной или региональный бюджет, как, например, в Москве.

Роковые мутации

Предрасположенность к некоторым видам рака возникает, в частности, при поломках генов BRCA 1 и BRCA 2, которые защищают от нарушений молекулы ДНК. По словам председателя Российского общества клинической онкологии (RUSSCO), замдиректора по научной работе НИИ клинической онкологии НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Сергея Тюляндина, наличием мутаций генов BRCA обусловлено около 15% рака яичников и молочной железы. Кроме того носителями «поломанных» генов являются 5-10% пациентов (вне зависимости от их пола) с раком поджелудочной железы и мужчин, больных раком простаты. По этой же причине возникает рак молочной железы у мужчин. Здоровые мужчины, носители мутаций генов BRCA с большой вероятностью передают их следующим поколениям.

Мутация гена EGFR, которая играет ключевую роль в патогенезе опухоли, встречается у четверти больных раком легкого, а наличие белка ALK, способствующего быстрому прогрессированию заболевания – у 4-5% больных. Таким образом, почти 30% больных раком легкого имеют шанс на получение более эффективной химиотерапии (всего раком легкого ежегодно 60 тыс. россиян). Однако пока в России мутация гена EGFR диагностируется только у 3 тыс. из 15 тыс. ее носителей, рассказал директор НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Иван Стилиди, выступая 25 декабря на заседании президиума РАН.

Иван Стилиди. Фото: Наталия Губернаторова

Стилиди предложил внедрить госпрограмму молекулярно-генетического тестирования, дающую возможность продлить жизнь пациентов с наследственным раком.Это можно было бы сделать, масштабировав реализуемую RUSSCO с 2012 года программу «Совершенствования молекулярно-генетической диагностики». За пять лет тестирование, направленное на выявление мутаций рака легкого, колоректального рака, меланомы и рака яичников, по этой программе прошли более 46 тысяч пациентов.

Сегодня в мире разработано большое количество тестов на мутации в генах BRCA1 и BRCA2, основанных на технологиях пиросеквенирования (технологиях «первого поколения»), рассказал Хафизов. Помимо этого есть и расширенные тесты, где прочитываются около 20-30 генов, поломки в которых также ассоциированы с развитием ряда онкологических заболеваний. Мутации в них зачастую обладают меньшей пенетрантностью (вероятностью проявления), но достоверно связаны с увеличением риска развития заболевания.

При этом остаются более редкие мутации, которые не определяются в имеющихся тест-системах.И выход здесь – в высокопроизводительном секвенировании нового поколения NGS (next-generation sequencing), которое позволяет прочитать всю последовательность генома любого живого существа и выявить его фенотипические особенности.

Популяционная геномика

Некоторые страны уже реализуют программы по генетической паспортизации населения, рассказал ведущий сотрудник института физико-химических исследований RIKEN (Япония) и зав. лабораторией экстремальной биологии Казанского федерального университета Олег Гусев. По его словам, странам с большим этническим разнообразием, в том числе России, очень важно знать геномный профиль своего населения. В генетике есть понятие «фаундер-эффект» (founder effect), когда в какой-то момент определенные мутации, связанные с заболеваниями, зарождались на достаточно ограниченной территории. И для ряда заболеваний генетические предрасположенности к ним связаны с мутациями, которые характерны для жителей этой территории.  

В рамках большого проекта «Наследственная геномика Российской Федерации» ученые КФУ и Республиканского онкодиспансера исследуют генетические мутации у людей, в семьях которых есть рак, передающийся по наследству. До недавнего времени считалось, что для России известен практически весь небольшой спектр наследственных мутаций связанных с раком молочной железы (тем его видом, которого боялась Анджелина Джоли), и достаточно просто посмотреть 6-7 точечных маркеров в двух генах, чтобы уверенно говорить, есть ли у больной наследственные патогенные мутации, связанные с раком. Однако оказалось, что уже в 700 км от Москвы, в Татарстане, этот профиль наследственных мутаций совершенно другой, говорит эксперт.

Олег Гусев. Фото: Facebook

Поэтому если брать маркеры, которые используются для Западной Европы и славянского населения, условно говоря, Москвы и Петербурга, то на территории Татарстана они просто не будут работать, создавая опасность ложно-негативных значений, рассказал Гусев. Зато риск развития болезни несут в себе мутации, не встречающиеся в других популяциях. «И здесь на помощь пришло как раз NGS, позволяющее использовать не анализ точечных мутаций, а посмотреть целиком ген BRCA и четыре десятка других генов, которые связаны с онкологией», — говорит эксперт. Ученые расширили выборку, включив в исследование пациентов из Чувашии, Удмуртии, Башкирии, Ханты-Мансийска, Оренбурга и Краснодара. Собрали более чем полторы тысячи образцов ДНК и оценили частоту мутаций генов, участвующих в наследственных формах рака в разных регионах страны.

Но тут возникла следующая проблема – связанная с отсутствием референтной базы данных, то есть, выборки здоровых людей для сравнения обнаруженных мутаций. «Один из признаков того, что мутация является патогенной – то, что она редко встречается в популяции, иначе болели бы все, — объяснил Гусев. – Но когда в выборке из более 1,5 тысяч онкопациентов генетики видят какую-то часто встречающуюся мутацию, нет уверенности, что именно она является причиной развития рака. Нам приходится смотреть в международных базах данных здоровых людей и когорты клинических выборок. Но поскольку в России генетический профиль населения особый, то единственный способ решить эту проблему – провести собственный геномный проект и составить такую базу для каждой народности нашей страны».

Будущее онкогенетики

Сегодня глобальные научные разработки все больше переходят в разряд практических диагностических решений. Например, геномные исследования Казанского онкоцентра, проведенные совместно с японским RIKEN, позволили выделить динамический маркер, по которому можно оценивать первичные опухоли на то, будут ли после нее появляться метастазы. Обнаружить маркер, который может предсказать такую возможность в случае рака эндометрия, удалось по его экспрессии (преобразовании наследственной информации в белок).

«В идеале этот анализ следует проводить прямо во время операции, чтобы врач мог принять решение о том, оставлять ли лимфатические узлы. Обычно их удаляют для перестраховки, но в 80% случаев это не обосновано», – рассказал Гусев. Еще одно перспективное направление, позволяющее анализировать ткани прямо во время операции – это так называемая технология «у постели пациента» (at the patient’s bedside). Речь идет о компактном приборе, который за 20-30 минут даст результат генетического теста ткани, и это позволит скорректировать операцию.

Много усилий направлено сегодня и на разработку малоинвазивных методов диагностики рака на ранних стадиях. Один из подходов – диагностика по свободно циркулирующей ДНК в крови (так называемая жидкостная биопсия). «Опухолевые клетки выбрасывают в кровь небольшие фрагменты ДНК, содержащие мутации, которые и привели к появлению опухоли, — рассказал Камиль Хафизов. – Количество таких клеток очень мало на фоне здоровой ДНК, поэтому их детекция стандартными методами практически невозможна. Но уже появились подходы, позволяющие «отлавливать» такие молекулы». Правда, пока они еще практически не применяются и в клинические рекомендации не входят.

Камиль Хафизов. Фото из личного архива

Между тем, в Министерстве здравоохранения делают большую ставку на прикладную генетику: весной 2018 года на заседании Научного совета с участием президента РФ глава ведомства Вероника Скворцова заявила о необходимости построения в России сети национальных геномных центров, которые будут заниматься не только генетической диагностикой, но и терапией. Ожидается, что к середине 2019 года будут отобраны организации, на базе которых будут созданы центры геномных исследований, не менее трех из которых должны заработать до конца 2020 года.

Один из таких центров, который будет заниматься диагностикой рака на генном уровне, появится в парке биомедицины Первого МГМУ им. Сеченова уже в нынешнем году. По словам ректора университета Петра Глыбочко, в центре будут проводить полногеномное секвенирование для выявления наследственных синдромов в онкологии и мутаций, приводящих к развитию рака. Кроме диагностики, геномный центр будет работать над созданием новых лекарственных препаратов–коктейлей для лечения онкологических пациентов. По мнению Глыбочко, за молекулярными коктейлями будущее, но для их создания надо иметь хорошую базу генетических данных.