Ученые исследовали возможности применения технологии изучения единичных клеток при одном из типов детского лейкоза

Сотрудники лаборатории биологии единичных клеток НИИ МКМ РУДН изучили возможности применения анализа ДНК (ДНК-секвенирования) на уровне отдельных клеток у пациентов с редкой формой лейкоза у детей. В ходе исследования удалось раскрыть механизмы клональной эволюции опухоли и ее трансформации в более агрессивную форму лейкоза на уровне отдельных субклонов. Также было показано, что данную технологию можно использовать и в качестве очень точного инструмента для оценки ответа заболевания на проводимое лечение. Полученные результаты помогут использованию технологии изучения единичных клеток для диагностки и подбора терапии у пациентов с данным типом опухоли. Результаты опубликованы в журнале npj Systems Biology and Applications.

Ювенильный миеломоноцитаный лейкоз (ЮММЛ) — редкая форма лейкоза, которая развивается у детей первых лет жизни. Он возникает вследствие появления мутаций в RAS-сигнальном пути в стволовых кроветворных клетках. В результате этих мутаций нарушается регуляция кроветворения, что приводит к избыточному образованию одних клеток и недостатку других. Без трансплантации донорских стволовых клеток (ТГСК) такие пациенты в большинстве случаев развивают агрессивные формы лейкоза, которые практически не поддаются терапии, или умирают от осложнений заболевания. Чтобы поставить диагноз и оценить прогноз, врачам необходимо знать нуклеотидную последовательность изучаемых генов и выявлять мутации в них. Однако стандартные (балковые) методы секвенирования (определение нуклеотидной последовательности) ДНК не всегда могут выявлять минорные опухолевые субпопуляции, которые в последствии могут привести к прогрессии заболевания. Это ограничение обусловлено тем, что балковые методы дают усредненные показатели и не позволяют изучать характеристики опухоли на уровне отдельных клеток или субпопуляций. Исследователи сообщают о двух пациентах с ЮММЛ, у которых был применен метод ДНК-секвенирования единичных клеток.

«Использованный нами метод позволил узнать причину прогрессии заболевания на терапии у двух пациентов с ЮММЛ. Оказалось, что она была обусловлена появлением нового опухолевого клона с дополнительной мутацией. Помимо этого, нам удалось уже после проведения ТГСК оценить уровень химеризма, то есть соотношение между клетками донора и реципиента, что явилось основанием для назначения иммунотерапии, позволившей спасти одного из пациентов. Подобное было бы практически невозможно при использовании стандартных методов секвенирования, которые дают «усредненные» показатели, без привязки к конкретным клеткам».— говорит Егор Волчков, стажер-исследователь научно-исследовательского института молекулярной и клеточной медицины РУДН.

Секвенирование ДНК единичных клеток переносит изучение генома на клеточный уровень. Он предполагает изолирование отдельных клеток в жировой эмульсии, баркодирование ДНК и наработку библиотеки изучаемых участков генома. Ученые применили этот метод для анализа крови двух пациентов с ЮММЛ в разные периоды заболевания. У одного из пациентов патология была обнаружена в возрасте трех лет, у другого — в один месяц. У обоих ЮММЛ перешел в острый миелоидный лейкоз.

На момент постановки диагноза у обоих пациентов была только одна, «классическая», мутация в RAS-сигнальном пути. Анализ материала, полученного в период перехода ЮММЛ в острый миелоидный лейкоз, показал наличие клонов с дополнительными мутацией, которые, скорее всего, и стали причиной прогрессии заболевания. Технология секвенирования ДНК единичных клеток также позволила ученым измерить уровень химеризма после ТГСК, что является основным показателем эффективности трансплантации и основой для назначения последующей терапии.

«Возможность обнаруживать генетические изменения среди тысяч отдельных клеток позволяет изучать механизмы развития ЮММЛ на принципиально новом уровне. Полученные знания уже сейчас позволяют менять терапию у таких пациентов и в будущем могут стать «золотым стандартом» диагностики у таких пациентов», — говорит Волчков.