Epigenetyczne odciski palców nowotworów. Nowy klasyfikator rozpoznaje 50 typów raka

Co łączy glejaka mózgu, raka trzustki i nowotwór płuc? Na pierwszy rzut oka niewiele – różnią się lokalizacją, biologią i rokowaniami. Jednak każdy z nich zostawia w komórkach charakterystyczny ślad epigenetyczny, swoisty „odcisk palca” w metylacji DNA. Naukowcy z Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie opracowali system, który na podstawie takich śladów rozróżnia blisko 50 typów nowotworów z wysoką precyzją. Czy to początek końca klasycznej histopatologii?

Genetyka mówi, jak gen jest zapisany. Epigenetyka – jak działa

→ Czytaj też: Google wypuszcza tani model AI do cyberbezpieczeństwa. Konkurencja dla Mythos za ułamek ceny

Przez lata główną przyczyną nowotworów były mutacje DNA. Jednak wraz z rozwojem sekwencjonowania okazało się, że w wielu przypadkach nie tłumaczą one w pełni mechanizmu choroby. Kluczową rolę odgrywają zmiany epigenetyczne – a konkretnie metylacja DNA. Polega ona na dołączaniu grup metylowych do wybranych fragmentów genomu. Nie zmienia to sekwencji DNA, ale wpływa na to, które geny są aktywne, a które wyciszone. W zdrowych komórkach proces ten jest ściśle kontrolowany. W nowotworach ulega rozregulowaniu, prowadząc do nieprawidłowej aktywacji lub dezaktywacji genów. Jak tłumaczy prof. dr hab. Tomasz Wojdacz, kierownik Samodzielnej Pracowni Epigenetyki Klinicznej PUM: „Genetyka określa, jak gen jest zapisany; epigenetyka, jak gen działa”.

17 tysięcy pacjentów i 1500 punktów w genomie

→ Czytaj też: Echo sprzed poczęcia. Trauma rodziców z Holokaustu zwiększa ryzyko schizofrenii u dzieci

Badanie, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Genome Medicine, objęło dane od prawie 17 tysięcy pacjentów. Naukowcy analizowali nawet do miliona miejsc w genomie, z których wybrali około 1500 najbardziej charakterystycznych zmian metylacji. To one stały się podstawą modeli uczenia maszynowego. Dotychczasowe klasyfikatory epigenetyczne często osiągały dobre wyniki w warunkach laboratoryjnych, ale gorzej radziły sobie w praktyce klinicznej – głównie z powodu różnic między danymi i błędów metodologicznych. Zespół z PUM postanowił stworzyć model bardziej odporny na takie zakłócenia. Trenowali go na ogromnym zbiorze danych, nie ograniczając się do jednego narządu, ale obejmując choroby wielu lokalizacji. Efekt? System wykazał wysoką skuteczność dla niemal 50 różnych typów nowotworów – od guzów mózgu po trzustkę i płuca. Prof. Wojdacz zaznacza jednak, że w przypadku bardzo rzadkich typów raka skuteczność była niższa ze względu na mniejszą liczbę dostępnych danych treningowych. „Jeśli mamy mało próbek, model będzie się mylił częściej. Ale problemem nie jest sama metoda, tylko dostęp do danych” – podkreśla.

Diagnoza w jeden dzień zamiast tygodni

Choć rozwiązanie ma na razie charakter naukowy i nie jest jeszcze certyfikowanym testem diagnostycznym, jego potencjał jest ogromny. Klasyczna histopatologia wymaga oceny preparatów przez lekarza patomorfologa – to proces czasochłonny i zależny od doświadczenia specjalisty. Analiza metylacji w dużym stopniu przebiega automatycznie. „Od momentu pobrania próbki możemy mieć diagnozę w ciągu jednego dnia” – mówi prof. Wojdacz. To może skrócić czas oczekiwania na rozpoznanie z tygodni do kilkunastu godzin. Co więcej, system oparty na epigenetycznych odciskach palców może dostarczyć bardziej szczegółowej klasyfikacji niż tradycyjne metody. W ostatnich latach Światowa Organizacja Zdrowia coraz szerzej uwzględnia w klasyfikacji guzów ośrodkowego układu nerwowego markery molekularne, w tym wzorce metylacji DNA. To sygnał, że epigenetyka wkracza do głównego nurtu onkologii.

Co dalej? Od laboratorium do kliniki

Naukowcy z PUM planują dalsze prace nad walidacją systemu w rzeczywistych warunkach klinicznych. Kluczowe będzie zebranie większej liczby danych dla rzadkich typów nowotworów, aby model uczył się na bardziej zróżnicowanych przykładach. Jeśli testy wypadną pomyślnie, podobne klasyfikatory mogą w przyszłości częściowo zastąpić tradycyjną histopatologię – lub działać jako jej uzupełnienie. Epigenetyczne odciski palców to nie tylko narzędzie diagnostyczne. Mogą też pomóc w doborze terapii: wiedząc, które geny są wyciszone, a które nadmiernie aktywne, lekarze mogą precyzyjniej celować w mechanizmy choroby. To krok w stronę medycyny spersonalizowanej, gdzie leczenie dobiera się nie tylko do narządu, ale do unikalnego epigenetycznego profilu guza. I wszystko wskazuje na to, że ten profil – choć niewidoczny gołym okiem – może okazać się kluczem do szybszej i skuteczniejszej walki z rakiem.