Трансмиссивные опухоли млекопитающих похищают ДНК здоровых клеток

Международная группа ученых представила доказательства горизонтального переноса ядерной ДНК между здоровыми и раковыми клетками. Для этого ученые проанализировали 174 генома трансмиссивных раков собак и тасманийских дьяволов. Они показали, что в подгруппе трансмиссивной венерической саркомы псовых CTVT-A присутствует крупный генетический элемент N-HT1, состоящий из 11 фрагментов шести хромосом собаки. Судя по всему, данный элемент появился после отделения CTVT-A от сестринской подгруппы CTVT-B-G и был захвачен у собаки-донора с Ближнего Востока, жившей около 2000 лет назад. Элемент содержит 133 кодирующих белки гена, но ни один из них не дает опухоли преимуществ в росте.

Рак традиционно считается клональным заболеванием: все клетки опухоли происходят от единственной первичной трансформированной клетки. Однако некоторые экспериментальные данные позволяют предположить, что раковые клетки способны захватывать ДНК из нормальных клеток методом горизонтального переноса генов. Но в обычных раках этот процесс сложно отследить, ведь клетка-донор и клетка-реципиент изначально были генетически идентичными. Поэтому особый интерес для изучения этого процесса представляют трансмиссивные раки — опухоли, которые передаются между животными. Известны три таких рака у млекопитающих: трансмиссивная венерическая саркома псовых (CTVT) и две опухоли лица тасманийских дьяволов (DFT1 и DFT2). Ранее было обнаружено, что CTVT может захватывать митохондриальную ДНК своих хозяев, однако убедительных свидетельств захвата ядерной ДНК до сих пор не было. Международная группа ученых провела исследование, целью которого было выяснить, происходит ли в природе горизонтальный перенос ядерной ДНК от хозяина к опухоли.

Авторы проанализировали 174 генома CTVT, DFT1 и DFT2. Из них 47 геномов CTVT были получены от собак из 19 стран и выбраны таким образом, чтобы максимально охватить генетическое разнообразие этой опухоли. Геномы опухолей были секвенированы с высокой глубиной покрытия (медиана 77?) и проанализированы параллельно с геномами хозяев. Использовались методы секвенирования коротких (Illumina) и длинных прочтений (PacBio HiFi), а также методы цитогенетики и секвенирования РНК для оценки транскрипционной активности генов. Чтобы исследовать физическую структуру возможных горизонтально переданных генов, использовался метод флуоресцентной гибридизации in situ (FISH).

Исследователи искали так называемые переворачивающиеся SNP (flipping SNP) — локусы, в которых одни опухоли показывают гомозиготное состояние, а другие — гетерозиготное, что может свидетельствовать о внедрении чужой ДНК, содержащей альтернативные аллели. Однако это может говорить и просто о потери гетерозиготности. Поэтому авторы рассматривали участки, которые присутствовали в трех копиях (две от организма, в котором впервые появился рак, и одна от донора горизонтально переноса генов), и в которых частота встречаемости аллелей не имела обычных значений (0, 0,5, 1). Участки должны были быть достаточно протяженными.

Среди опухолей тасманийских дьяволов признаков горизонтального переноса найдено не было, однако у подгруппы CTVT (CTVT-A), выявленной только в Непале и Индии, был обнаружен крупный элемент ДНК длиной 15 Мб, названный N-HT1 (nuclear horizontal transfer 1). Этот элемент состоит из 11 фрагментов, происходящих от шести разных хромосом собак, и формирует короткое плечо малой субметацентрической хромосомы (центромера ближе к одному из концов хромосомы).

Анализ мутационных сигнатур показал, что N-HT1 был захвачен около 2000 лет назад, вскоре после отделения CTVT-A от сестринской подгруппы CTVT-B-G. По данным популяционного анализа, N-HT1 произошел от собаки с Ближнего Востока, жившей в начале нашей эры. РНК-секвенирование показало, что гены N-HT1 (133 полноценных белок-кодирующих гена и более 50 РНК-генов) активно транскрибируются в опухоли, но не участвуют в канцерогенезе. Ученые предполагают, что этот фрагмент мог быть захвачен в составе апоптотического тела.

Таким образом, исследование впервые демонстрирует случай горизонтального переноса ядерной ДНК в природной опухоли у млекопитающих. Хотя это крайне редкое явление, оно указывает на дополнительный механизм разнообразия генома в опухолевых клетках. Перенос, судя по всему, не дал CTVT-A адаптивного преимущества. Однако в других случаях горизонтальный перенос может оказаться важным фактором эволюции рака, особенно если он влияет на лекарственную устойчивость или онкогенность, что могут показать новые технологии секвенирования.

Одна из линий лицевых опухолей тасманийского дьявола мутирует быстрее другой