Поиск по сайту
Олег Гусев: «Роль генетического тестирования и четкого выявления наследственных случаев рака будет возрастать»

Олег Гусев: «Роль генетического тестирования и четкого выявления наследственных случаев рака будет возрастать»

Сегодня известно о более чем 200 заболеваниях, проявление которых связано с передачей из поколения в поколение предрасположенности к развитию рака. Для создания наиболее эффективной программы профилактики нужно уточнить частотность носительства наследственных опухолевых синдромов, проведя национальное геномное исследование. Медицинская практика требует расширения генетического тестирования. Об этом журналу «Национальная онкологическая программа 2020» рассказал заведующий лабораторией экстремальной биологии Казанского федерального университета, ведущий сотрудник института физико-химических исследований RIKEN (Япония) Олег Александрович Гусев.


Доля России в мировом объеме научно-технической деятельности в области генетических технологий составляет менее чем 1%. С прошлого года в стране действует Федеральная научно-техническая программа развития генетических технологий, ранее был запущен ряд локальных исследовательских проектов по изучению генома россиян. Можно говорить о начавшихся изменениях?

Сегодня очевидна актуальность расшифровки геномов значительного числа людей и создания национальных генетических банков. Появляется все больше научных знаний и медицинских данных о взаимосвязи мутаций и особенностей генома человека, предрасположенности к заболеваниям. Например, сейчас проводятся масштабные исследования того, как особенности генома могут влиять на тяжесть течения коронавирусной пневмонии. Но чтобы найти предикторы склонности человека к заболеванию, тяжести его течения, должен быть собран очень большой материал.

Часто региональные выборки пациентов обладают своими генетическими «подписями»: уже в 700 км от Москвы профиль наследственных мутаций совершенно другой. Поэтому маркеры, используемые для Западной Европы и славянского населения Москвы и Петербурга, на территории Татарстана не работают

Поэтому поиск генетических ассоциаций проводится в рамках достаточно широких исследований. Различные геномные проекты сегодня успешно реализуются в большинстве развитых стран.

Так, в Великобритании более полумиллиона жителей, как здоровых, так и носителей каких-то определенных заболеваний, проходят геномное секвенирование. Государство Катар приняло решение расшифровать геномы всех своих жителей. Уже расшифрованы геномы практически всех жителей Исландии. В Японии создан огромный биобанк (более 300 000 образцов ДНК) – и из него уже отсеквенированы более 20 тысяч жителей, что, следует отметить, достаточно скромный показатель на фоне США и других стран.

Российская Федерация, к сожалению, пока очень отстает. У нас до сих пор нет репрезентативной базы данных генетических особенностей россиян, с которой можно было бы сравнивать выборки, имеющие большую клиническую направленность. Дело в том, что наш проект (Казанского федерального университета и Республиканского клинического онкодиспансера Татарстана) «Наследственная геномика Российской Федерации», инициатива Санкт-Петербургского университета «Геном России» и ряд других проектов, появившихся в последние пять-шесть лет, формируют и анализируют отдельно взятые выборки. Например, мы исследуем группы людей, имеющих онкологические заболевания с признаками наследственных факторов. Но для сравнения нужна именно стандартная выборка, данные о распространении того или иного генетического варианта в норме или мутации в общей популяции населения Российской Федерации. Однако таких ресурсов, которые были бы доступны для широкого круга российских исследователей, до сих пор нет.

И это очень тормозит развитие геномных технологий в стране.

Почему стране и ее здравоохранению так важно иметь информацию о геноме своих жителей?

Мы все немножко друг от друга отличаемся. Каждый человек не повторяет полностью даже своих родителей, а имеет уникальные генетические особенности. И результаты наших исследований в области наследственной онкологии показывают, что спектр мутаций у пациентов действительно имеет свои региональные отличия. Страна у нас большая, и в ней присутствует значительное генетическое разнообразие. 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 болезней генетические предрасположенности к ним связаны с мутациями, которые характерны для жителей этой территории. Поэтому странам с большим этническим разнообразием крайне важно знать геномный профиль своего населения.

Например, есть ряд генов, поломка в которых связана с наследственными онкологическими заболеваниями. Но она может случаться в разных местах гена, то есть сами по себе мутации, приводящие к одним заболеваниям, уникальны для населения разных территорий.

Мы исследуем наследственные мутации у людей, в семьях которых есть рак, передающийся по наследству. До недавнего времени считалось, что для РФ известен практически весь небольшой спектр наследственных мутаций, связанных с раком молочной железы. И достаточно просто посмотреть шесть-семь точечных маркеров в двух ключевых генах (BRCA1 и BRCA2), чтобы уверенно говорить, есть ли у больного наследственные патогенные мутации, связанные с раком.

Однако наши исследования показали, что спектр этих патогенных мутаций и их локализация внутри гена гораздо шире. И очень часто региональные выборки пациентов обладают своими генетическими «подписями»: уже в 700 км от Москвы, в Татарстане, профиль наследственных мутаций совершенно другой. 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. Это так называемая опасность ложно-негативных значений. Зато риск развития болезни несут в себе мутации, не встречающиеся в других популяциях. И здесь на помощь пришло геномное секвенирование следующего поколения. То есть стало уже дешевле расшифровывать геномы населения и использовать не анализ точечных мутаций, а посмотреть целиком ген BRCA и четыре десятка других генов, которые связаны с онкологией.

Но тут мы сталкиваемся с еще одной проблемой. Дело в том, что один из признаков того, что мутация является патогенной, – тот факт, что она редко встречается в популяции, иначе болели бы все. Но когда в нашей выборке из более 1,5 тысячи онкопациентов мы видим какую-то часто встречающуюся мутацию, нет уверенности, что именно она является причиной развития рака. Не хватает здорового референса. Нам приходится смотреть в международных базах данных. Но поскольку в России генетический профиль населения особый, то единственный способ решить эту проблему – провести собственный геномный проект и составить такую базу здоровых жителей и когорты клинических выборок для населения нашей страны.

Для этого и нужны большие базы расшифрованных геномов?

Да, всегда нужен референс, то есть некий стандарт. Когда мы берем некоторую выборку людей, склонных к злокачественным новообразованиям, нужно понять, специфичны обнаруженные у них генетические особенности для этого медицинского случая или они характерны для всей популяции и с заболеванием никак не связаны. То есть, если у каждого второго человека с улицы окажутся такие же мутации, все наши наблюдения потеряют смысл. Важно ведь не просто обеспечить доступность генетического тестирования, но и получить возможность правильной интерпретации результатов. А это возможно только при сравнении генетического профиля пациента с некоей общей популяционной выборкой, в том числе с правильной характеристикой его мутации. Но получить такую информацию можно, лишь набрав большую базу данных геномов россиян – как болеющих, так и здоровых. Поэтому предметные исследования, например с наследственной онкологией, и общие популяционные исследования больших выборок россиян – это взаимодополняющие исследования. И одно без другого просто не сработает. С научной и практической точки зрения интересны в первую очередь только те геномные особенности, которые напрямую определяют склонность к заболеваниям или чувствительность к лекарствам. Такие данные у нас в стране накапливаются, но происходит это медленнее, чем нам бы хотелось.

Современные технологии позволяют объединить данные тысяч секвенированных геномов с чувствительными методами анализа экспрессии генов, получить новое представление о механизмах регуляции генов и разработать диагностические подходы для ежедневного использования в медицине

Если говорить о практической медицине, то для отдельно взятого врача главное не пропустить наследственную природу рака у пациента и поставить правильный диагноз вне зависимости от того, где находятся его корни – во Владивостоке, Якутске или Москве. Потому важно предложить врачу технологическое решение, которое позволит одинаково эффективно анализировать ситуацию пациента, вне зависимости от его этнического или географического бэкграунда. На это и направлено наше исследование. Чем больше будет проанализировано пациентов из разных регионов Российской Федерации, тем больше данных мы сможем сравнивать как внутри российской базы, так и с международными данными. Уже сегодня некоторые поломки, которые считались непосредственно связанными с онкологией, бывает, переводятся в класс безопасных мутаций и наоборот.

О каких мутациях вы говорите?

Генетический маркер уже во время операции по удалению первичной опухоли рака эндометрия предскажет, будут ли у пациентки метастазы. И врач может тут же принять решение, стоит ли удалять лимфатические узлы

Например, значительная часть образцов у нас была из Чувашии – региона, расположенного рядом с Татарстаном. И в нашей выборке пациенток с раком молочной железы достаточно часто встречалась одна и та же мутация в гене VHL, а именно VHLR200W. В международных базах данных эта мутация по ряду признаков фигурировала как связанная с наследственной онкологией. Правда, описана она была на примере одной пациентки из США. Когда мы в своей выборке увидели эту мутацию у пациенток с наследственной онкологией, был велик соблазн подтвердить, что мы получили аналогичные результаты. Но продолжив популяционные исследования, мы обнаружили, что именно на территории Чувашии подобные мутации очень часто встречаются у людей без каких-либо признаков онкологического заболевания. Более того, эта мутация оказалась одной из так называемых чувашских мутаций, связанных с заболеванием крови, которое называется полицитемия. Это достаточно редкое в целом заболевание, тем не менее характерно для чувашей, что известно специалистам. То есть тот факт, что у американского онкопациента (не исключено, что с российскими корнями) оказался именно этот генетический вариант, простое совпадение, а не причина наследственной предрасположенности к раку.

Всегда ли проявляет себя мутация, связанная с определенным заболеванием?

Раньше считалось, что 97% генома бессмысленно. В ближайшие годы мы поймем, что практически весь наш геном активно работает и все его участки имеют определенную функцию. и это объяснит, почему определенные мутации связаны с теми или иными заболеваниями

 Нет. Есть еще такое понятие, как экспрессия (работа) генов. Геном – это некая матрица, одинаковая во всех клетках. Но хотя матрица, с которой считывается информация, у нас одна, результат разный. Дело в том, что не во всех клетках геном проявляет активность одинаково, и делает он это через синтез белка и молекулы РНК. Гены экспрессируются в разных клетках по-разному, например, в зависимости от возраста или заболеваний. И если геномные маркеры – это некие статические данные (мы можем взять из любой клетки ДНК, и она будет одинаковая), то работа генов, экспрессия РНК является неким динамическим маркером.

Современные технологии позволяют объединить данные тысяч секвенированных геномов с чувствительными методами анализа экспрессии генов, получить новое представление о механизмах регуляции генов и разработать диагностические подходы для ежедневного использования в медицине

Современные технологии позволяют объединить данные тысяч секвенированных геномов с чувствительными методами анализа экспрессии генов, получить новое представление о механизмах регуляции генов и разработать новые диагностические подходы для ежедневного использования в медицине. В Японии, в Институте RIKEN, где я работаю помимо Казанского университета, уже много десятилетий ученые исследуют именно экспрессию генов, то есть анализируют работу РНК. В геноме человека находится более 20 тысяч генов, которые занимают всего лишь 1% от общей протяженности генома. До недавнего времени считалось, что вся остальная часть просто бессмысленная, ее даже назвали «ДНК-мусор». Но сейчас выясняется, что геномная регуляция куда сложнее, чем мы думали. На самом деле в этих так называемых некодирующих участках генома (не кодирующих белки, из которых построено наше тело) есть много маленьких «переключателей», определяющих специфичную для разных клеток работу генов. Сегодня известно о 80 тысячах таких «переключателей», а по оценкам ученых, их число может достигать нескольких сотен тысяч.

Современное развитие технологий и тонкого анализа экспрессии генов открывает новый горизонт понимания сложности и активности нашего генома. И если раньше считалось, что 97% генома бессмысленно, за ближайшее десятилетие мы придем к выводу, что практически весь наш геном активно работает и все его участки имеют определенную функцию. А это резко повысит понимание, почему определенные мутации связаны с определенными заболеваниями. И как все это может применяться на практике?

Объединение знаний про геном и работу РНК-экспрессии – это очень перспективная комбинация как для базовой науки, так и для медицины.

Активность генома и его первичные структуры – это те компоненты, которые ведут к надежным диагностическим решениям. Известно очень много случаев, когда мутации, которые связаны с тем или иным заболеванием, располагаются не там, где кодируются белки (это классическая медицинская генетика: нарушается работа гена и синтез белка), а в этих регуляторных участках. И для этого, чтобы правильно их идентифицировать, нужно очень хорошо представлять, в каком месте эти регуляторные участки расположены в геноме в зависимости от типа ткани.

Мы сейчас проводим параллельно в Казани и Японии большие геномные исследования, позволившие выделить такой динамический маркер, по которому можно оценивать первичные опухоли на то, будут ли после нее метастазы или нет. Недавно нашим коллегам удалось выявить генетический маркер именно по работе гена, по его экспрессии, который может прямо во время операции по удалению первичной опухоли рака эндометрия предсказать, будут ли у пациентки метастазы, или опухоль не метастатическая. Если это понимать уже во время операции, врач может принять решение о том, оставлять или не оставлять лимфатические узлы, которые обычно удаляют в профилактических целях. Практика показывает, что в 80% случаев это удаление необоснованно, и такая перестраховка снижает качество жизни у 80% женщин.

Врач может проверить статус мутации у пациента на сайте oncobrca.ru, куда выкладывают самые последние данные по генам BRCA1 и BRCA2, и узнать, можно ли отнести случай к наследственной онкологии

Еще одна технология, которую мы используем в партнерстве с японскими коллегами, – это так называемая технология «у постели пациента» (at the patient’s bedside). Речь идет о компактном приборе, который не в специализированной лаборатории, не через два-три дня, а за 20–30 минут даст результат генетического теста ткани, которая берется прямо во время операции. И это позволит скорректировать операцию, принять хирургу решение о том, по какому пути ему идти. То есть глобальные ге номные исследования в конце концов приводят к конкретным компактным диагностическим решениям, которые можно делать буквально «на коленке» во время операции без специализированной лаборатории.

Рисунок. Патогенные мутации в наследственных раке яичников и раке молочной железы встречаются в разных генах, а не только в BRCA 1/2

На каком этапе сейчас находится проект «Наследственная геномика Российской Федерации»? Каковы дальнейшие перспективы?

Компактный прибор позволяет не в специализированной лаборатории, не через два-три дня, а за 20–30 минут дать результат генетического теста ткани, которая берется прямо во время операции

Начинался проект как инициатива группы энтузиастов, среди которых были геномная лаборатория Казанского университета, онкологи из онкологического центра Татарстана, группа биоинформатиков. Первая фаза этого проекта, которая завершилась в прошлом году, позволила собрать и проанализировать около полутора тысяч образцов данных пациентов по ключевым онкологическим заболеваниям, связанным с наследственностью, – раку молочной железы и раку яичников. По мировым меркам это не так много, но для нашей страны это был беспрецедентный объем. Наши партнеры, с которыми мы начинали этот проект, даже создали по его результатам сайт, который называется oncobrca.ru, со списком мутаций и их характеристиками в генах BRCA1 и BRCA2, куда выкладывают самые последние данные по этим двум генам. Если врач знает, какая у пациента мутация, он может узнать статус этой мутации, то есть можно ли отнести этот случай к наследственной онкологии. Уточнение того, является ли рак наследственным, принципиально для выбора тактики лечения. Это очень важно и для здоровых родственников пациента: современная наука позволяет установить факт носительства и рассчитать степень наследственного риска, зная о котором человек может чаще проходить обследование, серьезнее относиться к превентивным мерам.

Определение у пациента признаков наследственной мутации генов BRCA1 и BRCA2 связано со сменой стратегии в пользу платиносодержащих препаратов и инновационных методов лечения с помощью ингибиторов и антител

Первая фаза позволила создать очень интересный задел для базы данных, как для характеристики этих мутаций, так и с биологической точки зрения. Сейчас начинается вторая фаза, цель которой анализ не менее 5 тысяч, возможно, 10 тысяч пациентов уже по широкому спектру онкологических нозологий. И если первый этап исследований был пройден на собственных ресурсах, без целевой государственной поддержки, то во второй фазе помогло финансово и организационно Федеральное медико-биологическое агентство РФ.

С начала этого года у нас сформировался поддержанный государством альянс, который включает в себя научную группу с опытом биоинформатического анализа (это мы) и структурную часть – Центр стратегического планирования ФМБА, имеющий хорошее оборудование.

 Сюда подключились также клиницисты из Московского клинического научного центра им. А.С. Логинова Департамента здравоохранения Москвы, которые берут на себя взаимоотношения с пациентами. Наш достаточно локальный региональный проект вышел на федеральный уровень с упором на столицу с ее разнородной структурой населения. Я думаю, что благодаря полученным ресурсам и опыту первой фазы мы сможем завершить вторую фазу за полтора-два года и создать действительно репрезентативную и очень мощную выборку. Кроме того, информация о том, что мы делаем, вышла за пределы страны, и проект становится международным. Один из наших новых и очень интересных партнеров – Казахстан.

Мы отрабатываем логистику, включение в нашу выборку представителей разных популяций Средней Азии, Казахстана и других регионов.

 Работа становится очень интересной, поскольку надо учитывать многонациональность нашей страны и ее историю с масштабными миграционными процессами. Есть надежда, что мы вернемся в наше общее прошлое в хорошем смысле слова, объединив усилия разных стран СНГ.

Но есть еще проблема хранения баз данных, препятствующая в том числе и международному сотрудничеству.

Безопасность личных данных – вполне решаемый вопрос. И пользы от больших геномных баз гораздо больше, чем риска и потенциального вреда

 Да. Но эта проблема связана не с какими-то рисками для страны, а с чисто этической стороной, потому что без разрешения человека никто не имеет права копаться в его геномных данных, в его идентификации. Ведь может внезапно оказаться, что у человека есть необычные родственные связи. На основе генома достаточно неплохо можно идентифицировать персонально человека, по крайней мере сопоставить сходность или различие двух образцов. Например, в Катаре, я знаю, очень переживают, что будет, если обнаружатся какие-то внебрачные дети.

Но нам как ученым абсолютно не важны персоналии, нас интересуют только частоты распространения этих полиморфизмов. В Японии есть Тохоку Мегабанк, где собраны такие геномные данные, и большая их часть открыта для пользователей.

Безопасность личных данных – вполне решаемый вопрос. И пользы от больших геномных баз гораздо больше, чем риска и потенциального вреда. Любое исследование – это баланс плюсов и минусов, в больших геномных проектах плюсов больше, и наша страна в этом плане пока очень проигрывает.

 

Давайте поговорим о прикладных вещах. Онкологи предложили внедрить госпрограмму молекулярно-генетического тестирования, позволяющую понять, какие именно таргетные препараты необходимы больным. Но пока движения в этом направлении нет. Зачем вообще нужна госпрограмма, когда есть отраслевые документы – порядки оказания медпомощи, клинические рекомендации?

Генотипирование опухоли – это анализ, который зачастую является критическим для назначения особых способов терапии. Очень важно точно определить, что представляет из себя опухоль и каковы причины ее появления. При соматических мутациях (ситуациях, когда рак возникает спонтанно) молекулярно-генетическое тестирование введено в медицинскую практику.

Это достаточно признанная вещь. Сегодня уже известны наиболее распространенные мутации, поэтому лаборатории по всей России проводят такие исследования, например, при раке легкого с целью выбора той или иной схемы лечения. И говоря о госпрограмме, клиницисты имеют в виду повышение доступности метода.

С наследственной онкологией ситуация сложнее. Активное внедрение в России генетического тестирования, особенно полногеномного, напрямую связано с тем, как интерпретировать полученные данные и применить их на практике. Если мы определим у пациента признаки наследственной онкологии, что можно с этим сделать? На данный момент один из немногих клинических протоколов на этот счет касается мутации генов BRCA1 и BRCA2. На практике это напрямую связано со сменой стратегии в пользу платиносодержащих препаратов и инновационных методов лечения с помощью ингибиторов и антител. Как ни странно, это тот редкий случай, когда прогноз недорогой платиновой терапии при наследственной мутации лучше, чем в спорадическом случае.

 С другой стороны, гены BRCA1 и BRCA2 являются участниками репаративного процесса. И сегодня появляется целое поколение новых лекарственных средств – ингибиторов эффективных в том числе при наследственных нарушениях репарации гена. В России на государственном уровне такие подходы пока еще не приняты, их применяет ряд клиник в локальном порядке. Но очевидно, что роль правильного тестирования и четкого выявления наследственных случаев будет возрастать.

В развитых странах такие подходы уже введены в рутинную практику, у нас в России все происходит с небольшим запозданием из-за недостаточной доступности генетического тестирования – полногеномного или хотя бы по выборке генов. И кроме того, медицинская практика – это очень консервативная вещь, ведь на кону жизнь людей. Даже в Японии препарат, напрямую связанный с тестированием наследственной онкологии, зашел с небольшим опозданием именно потому, что японцы любят проверенные решения.

Исследователям в этом плане гораздо легче: мы можем посчитать, что какая-то мутация связана с онкологией, а когда через два года появятся новые данные, признать ошибку.

Когда работаешь не с людьми, а с лабораторными хомячками, ошибиться не так страшно. То же самое можно сказать и о геномном редактировании. Пока это лабораторный метод для экспериментальных исследований, а не рутинный терапевтический инструмент. Но в перспективе проекты, использующие редактирование, во многих российских лабораториях станут регулярно применяемой технологией.