Cегодня мы с вами поговорим о том, как эпигенетические характеристики позволяют исследователям определить, к какому клеточному типу принадлежала та или иная клетка, когда другие механизмы по какой-то причине этого сделать неспособны. Как мы уже с вами знаем, то, каким образом клетка выглядит и какие функции она выполняет, зависит во многом от того, какие гены в ней экспрессируются. То есть для того, чтобы клетка кожи стала клеткой кожи, а например, не нервной ткани, в ней должны работать гены, которые присущи для нее, и не работать гены, которые присущи для нервной ткани. Очевидно, что в такой избирательной регуляции, в избирательной активации и инактивации генов задействованы эпигенетические механизмы, такие как уже знакомые вам специфические модификации гистонов, свойства хроматина, различное распределение гистонов, архитектура ядра и, разумеется, метилирование ДНК, которое, забегая вперед, нашло максимальное практическое применение в том вопросе, который мы сегодня с вами обсудим. Паттерн метилирования ДНК различен для разных клеточных типов, поскольку именно паттерн метилирования ДНК во многом определяет, какие гены будут активированы и какие будут инактивированы. То же самое происходит с регуляцией, например, энхансеров. И как мы с вами знаем, в клетке и в геномной ДНК человека есть более 28 миллионов CpG-динуклеотидов, то есть это те самые районы, которые могут быть модифицированы либо не модифицированы для того, чтобы ген заработал либо, например, включился. И эти 28 миллионов CpG-динуклеотидов формируют фактически уникальный штрих-код, который позволяет достаточно точно идентифицировать, к какому клеточному типу принадлежит конкретная клетка. На текущий момент известно, что процесс трансформации нормальной клетки в раковую сопровождается специфическими изменениями в паттерне метилирования ДНК, в частности происходит гиперметилирование промоторов генов, связанных с супрессией опухолей, что приводит к их инактивации, и в целом, снижение уровня метилирования генома, что приводит к возрастанию его нестабильности. Ученые собрали воедино все факты об изменении паттерна ДНК метилирования в ходе онкогенного процесса, также информацию о том, что ДНК метилирование формирует определенный штрих-код, который позволяет отнести клетку к конкретному клеточному типу, и направили это все на благо людей. Таким образом, возникли алгоритмы, например, называющиеся EPICUP. Это специальный клинический инструмент, который применяется в случаях, когда существует онкологический процесс, в ходе которого формируются метастазы, но при этом первичный очаг локализации опухоли неизвестно. Очень важно понимать первичный очаг локализации опухоли для того, чтобы подбирать специфическую терапию для лечения человека. Что же такое EPICUP? EPICUP — это фактически математическая модель, которая позволяет по паттерну ДНК метилирования клеток, выделенных из метастазов, определить, к какому клеточному типу они принадлежали исходно. И для построения такого алгоритма исследователи сначала обучили его на выборке порядка нескольких тысяч образцов опухолей и метастаз опухолей для того, чтобы сформировать эту математическую модель. Потом ее проверили на уже известных образцах и уточнили, насколько она аккуратна. И после того как выяснилось, что она достаточно аккуратна, уже использовали ее для того, чтобы анализировать конкретные метастазы и определять, к какому клеточному типу они исходно принадлежали, что позволяет в некотором смысле, собственно, и понять очаг первичной локализации. Исследования показали, что в случаях, когда к пациентам применялся такой подход и определялась первичная локализация, после чего они получали специфическую терапию относительно первичной локализации, выживаемость людей возрастала. Таким образом, понимание механизмов эпигенетической регуляции генов в некотором смысле уже служит на благо людей. Похожие алгоритмы существуют также для проведения неинвазивной диагностики аналогичного рода, то есть существует, например, алгоритм Cancer Locator. А также похожие механизмы опираются на, например, изменение специфического паттерна фрагментации ДНК, циркулирующей в крови, происходящее в ходе онкологических процессов. Но это немножко другая история, и она чуть более сложная в исследовании. Так или иначе на текущий момент развивается все больше и больше инструментов, которые объединяют в себе очень специфические знания относительно паттерна ДНК метилирования. И уже на текущий момент они очень сильно внедряются в клинику и позволяют действительно улучшить жизнь людям.