Участие в ФЦП

С 2013 года в лаборатории эволюционной геномики начало развиваться новое направление исследований, связанное с изучением генетических основ возникновения и развития одной из самых распространенных злокачественных опухолей печени – гепатокарциномы. Исследования проводятся в сотрудничестве с Лабораторией механизмов прогрессии эпителиальных опухолей НИИ Канцерогенеза ФГБНУ Российский онкологический научный центр имени Н. Н. Блохина (зав. лабораторией — профессор, д.б.н. Наталия Леонидовна Лазаревич). 

В 2014 году был выигран конкурс в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», по теме «Выявление перспективных молекулярных мишеней для терапии гепатоцеллюлярной карциномы на основе системно-биологического анализа транскриптомных данных, полученных методом NGS». Соглашение о предоставлении субсидии № 14.607.21.0049.

Онкологические заболевания занимают второе место среди причин смертности населения развитых стран после сердечно-сосудистых. Чаще всего их удается диагностировать только на поздних стадиях развития после начала метастазирования. При этом после проведения оперативного лечения приходится прибегать к химиотерапии. Одним из основных направлений повышения эффективности лечения злокачественных новообразований является разработка и внедрение в клиническую практику таргетных лекарственных препаратов, действие которых направлено на специфические для опухолей нарушения сигнальных каскадов. Несмотря на значительный прогресс в поисках мишеней таких препаратов, достигнутый в течение последних лет, для многих типов онкологических заболеваний их известно сравнительно мало. Согласно отчету Ассоциации исследователей и производителей фармацевтической продукции США (Pharmaceutical Research and Manufacturers of America, PhRMA), американские биофармацевтические компании сейчас разрабатывают около тысячи новых препаратов и вакцин для борьбы с раком. При этом подчеркивается необходимость создания более специфичных (таргетных) препаратов, и соответственно поиск перспективных мишеней. Следует отметить, что если в 2000 году только четверть потенциальных лекарств на стадии клинических испытаний могли считаться таргетными (в том числе ингибиторы киназ, факторов роста и ангиогенеза), то к 2011 году это соотношение увеличилось до двух третей.

Наша работа направлена на выявление перспективных молекулярных мишеней для терапии гепатоцеллюлярной карциномы (ГК). ГК – самая часто встречающаяся опухоль печени и одна из наиболее распространенных форм рака в мире. При отсутствии своевременного лечения ГК характеризуется быстро прогрессирующим течением с неблагоприятным прогнозом и занимает третье место в мире по уровню смертности среди онкологических заболеваний.

Клинические исследования показывают возможность возникновения ГК в результате нарушения большого числа регуляторных путей. Так, согласно базе данных COSMIC (июнь 2014) нарушения, приводящие к ГК, выявлены в 1922 генах, причем мутации только в 4 генах (TP53, CTNNB1, AXIN1 и ARID1A) встречаются более чем 10% случаев. Такая гетерогенность подразумевает существование множества различных механизмов гепатоканцерогенеза, и свидетельствует о необходимости поиска новых молекулярных мишеней для проведения стратифицированной терапии. Особенно актуальным этот вопрос становится с учетом того, что на сегодняшний день эффективной лекарственной терапии ГК не существует. Лучший из таких препаратов (сорафениб) приводит к среднему увеличению продолжительности жизни всего на 2-3 месяца.

В тоже время развитие высокопроизводительных методов изучения транскриптома в последнее десятилетие позволило существенно продвинуться в изучении механизмов онкогенеза. Многочисленные работы по анализу изменения профилей экспрессии генов в ГК человека позволили описать наиболее частые нарушения транскрипционной программы при гепатоканцерогенезе (активация Ras/ERK, PI3K/AKT, IKK/NF-kB, Wnt, TGF-β, Notch, Hedgehog и Hippo сигнальных путей) и предложить несколько систем классификации молекулярных профилей подклассов ГК для предсказания вероятности метастазирования, отдаленных результатов лечения и чувствительности опухолей к различным схемам лекарственной терапии.

Наиболее распространенным подходом для изучения масштабных изменений транскриптома, используемым в современной экспериментальной онкологии, является метод гибридизации с микрочипами (microarray). Недостатком этого подхода является то, что гибридизация на микрочипах требует предварительных знаний об исследуемых последовательностях, разработки специальных олигонуклеотидных (или кДНК) зондов и ограничена выявлением конкретных отобранных последовательностей, набор которых значительно варьирует между чипами разных производителей. При этом невозможно обнаружить ранее неизвестные последовательности транскриптов, не гибридизующиеся с входящими в конкретную платформу участками генома, а также выявить вклад альтернативных изоформ гена, обладающих разными функциональными свойствами. Метод гибридизации с микрочипами также не всегда позволяет достоверно детектировать экспрессию генов, кодирующих транскрипционные факторы и компоненты внутриклеточных сигнальных путей, для которых характерны невысокие уровни экспрессии.

В последнее время в мировой практике активно используется альтернативный подход к изучению транскриптома – технология RNA-Seq, основанная на методах секвенирования следующего поколения (Next Generation Sequencing, NGS). Метод RNA-Seq свободен от большинства недостатков, присущих технологии микрочипов. В частности, метод позволяет детектировать ранее неизвестные последовательности транскриптов (например, новые сплайс-формы, характерные для онкогенеза), характеризуется обширным динамическим диапазоном и более высоким отношением сигнал/шум по сравнению с методом микрочипов. Все вышеперечисленное делает технологию RNA-Seq оптимальной для изучения транскриптома опухолевых клеток. В ходе реализации проекта с его помощью нами будет проведен поиск молекулярных мишеней для терапии ГК. Данные об особенностях генной экспрессии при ГК позволят идентифицировать регуляторы экспрессии, участвующие в ее развитии, т.е. белки, контролирующих уровень транскрипции многих других генов. Такие регуляторы является потенциальной молекулярной мишенью для действия противоопухолевых препаратов, поскольку блокировка нежелательных изменений в экспрессии генов может вызывать реверсию злокачественного фенотипа.