Эпигенетическая нестабильность внеклеточной ДНК помогает выявить рак

Раннее выявление рака важно для лучшего исхода. Для скрининга хорошо подходит жидкостная биопсия и анализ характерных паттернов метилирования внеклеточной или циркулирующей опухолевой ДНК. Обычно сравнивают метилирование отдельных CpG-островков или специфические паттерны метилирования некоторой области в раковых и здоровых тканях. Однако такие биомаркеры не могут уловить более широкую эпигенетическую изменчивость, которая встречается в эпигеноме рака.

Для раковых тканей характерна высокая степень эпигенетической гетерогенности. CpG-островки имеют минимальное метилирование в большинстве нормальных тканей и, следовательно, демонстрирует низкую вариабельность метилирования отдельных динуклеотидов CpG в пределах островка. Однако аберрантное повышение уровня метилирования ДНК происходит случайным образом в разных сайтах CpG внутри островка. Этот случайный характер метилирования можно использовать как биомаркер. Исследователи из США выявили области с высокой эпигенетической изменчивостью при раке и предложили использовать Индекс эпигенетической нестабильности (EII), который отражает эту изменчивость и свидетельствует об эпигенетической дерегуляции, характерной для рака.

Исследователи проанализировали общедоступные наборы данных о метилировании ДНК раковых клеток, полученные из 2084 образцов, методами машинного обучения. Они выделили два параметра: гетерогенность метилирования CpG-сайтов (MHIC) и вариативность CpG-сайтов в CpG-островке (VarCGI), которые разделяют нормальные и опухолевые ткани. Также они идентифицировали области с самым нестабильным паттерном метилирования, в первую очередь связанные с белками группы polycomb. Всего авторы получили 269 информативных CpG-островков, которые отражают эпигенетическую нестабильность. Измеренные для них VarCGI и MHIC помогали различать опухолевые и нормальные ткани.

Параметр VarCGI применили к внеклеточной ДНК, которую выделили у 30 людей без рака, 15 пациентов с неметастатическим раком молочной железы (РМЖ) и 15 пациентов с РМЖ и метастазами. Анализ 269 CpG-островков подтвердил, что VarCGI разделял образцы онкобольных и здоровых контролей. Авторы проанализировали гетерогенность на уровне прочтений, а не консенсусное значение метилирования CpG. Такой параметр назвали VarRead; он лучше различал образцы пациентов с раком на ранних стадиях и здоровых контролей. Схожие результаты были показаны для рака легкого.

VarRead для 269 CpG-островков позволил различить образцы контролей и пациентов с РМЖ с качеством предсказания (площадью под ROC-кривой, AUC) 0,87, чувствительностью 68% и специфичностью 95%. Это выше, чем если использовать РМЖ-специфичные дифференциально метилированные сайты (AUC 0,77). Для ранних стадий рака легкого AUC составила 0,96, чувствительность 81%, специфичность 95%.

В настоящее время команда расширяет и совершенствует метод, чтобы продолжить разработку EII в качестве диагностического инструмента. Однако требуется дальнейшая валидация в более крупных, долгосрочных клинических когортах.

Рак молочной железы можно выявить по внеклеточной ДНК в грудном молоке