Введение к работе
Актуальность темы исследования. Изучение важнейших клеточных функций, таких, как дифференцировка, пролиферация и апоптоз, является одной из центральных задач биологии развития. Нарушение этих функций во взрослом организме приводит к различным патологиям, в том числе к развитию злокачественных опухолей. Появление таких методов скрининга и сравнительного анализа, как кДНК микроарреи, секвенирование нового поколения или двумерный дифференциальный гель-электрофорез, значительно расширило возможности исследователей. При этом центральной задачей для анализа результатов скрининга транскриптома или протеома является выбор объектов дальнейшего исследования. В настоящей работе применен сравнительный подход к изучению молекулярно-генетических механизмов канцерогенеза и эмбриогенеза печени. Разработанная стратегия исследования направлена на поиск новых регуляторных путей, вовлеченных в процессы канцерогенеза. По данным Международного агентства по изучению рака, гепатоцеллюлярная карцинома (ГЦК) в настоящее время занимает шестое место в мире по частоте встречаемости и второе место по смертности среди всех солидных опухолей у человека. Гепатоцеллюлярная карцинома плохо поддается терапии и характеризуется быстрой прогрессией и неблагоприятным прогнозом. Поэтому поиск новых подходов к исследованию механизмов возникновения и прогрессии ГЦК по-прежнему является актуальной задачей.
Степень разработанности темы исследования. Функционирование клеток и молекулярно-генетические механизмы в раннем развитии эмбриона и злокачественной опухоли имеют значительное сходство. В 1970е годы академиком Абелевым и соавт., а также профессором Г. Б. Пирсом были сформулированы цели и задачи нового направления системных исследований в области онкологии и биологии развития – «oncodevelopmental biology». В настоящее время это направление представляет собой один из немногих существующих системных подходов к исследованию молекулярно-генетических механизмов рака.
Распространенной моделью ГЦК у грызунов является модель химического канцерогенеза при однократном внутрибрюшинном введении диэтилнитрозамина (DENA). Эта модель была впервые предложена в 1983 году С. Д. Весселиновичем и Н. Михайловичем и с тех пор широко используется для разработки противоопухолевых препаратов и изучения онкогенов, но редко применяется для исследования механизмов развития ГЦК. Данная модель в значительной степени отражает природный патогенез заболевания и в 2005
году была охарактеризована методом кДНК микроарреев как генетически достоверная модель ГЦК человека (Lee et. al., 2005).
Цели и задачи работы. Целью настоящей работы является сравнительный анализ экспрессии регуляторных генов в эмбриогенезе печени и в развитии гепатоцеллюлярной карциномы у мышей для разработки стратегии поиска новых регуляторных путей, вовлеченных в канцерогенез.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Разработать экспериментальную модель канцерогенеза печени у мышей, позволяющую охватить все стадии от инициации до развития гепатоцеллюлярной карциномы.
-
Провести гистологический анализ печени мышей на всех стадиях развития ГЦК.
-
В процессе канцерогенеза печени проанализировать динамику экспрессии регуляторных генов раннего эмбриогенеза, для которых ранее была установлена значимая разница в уровне экспрессии в ГЦК и здоровой ткани печени.
-
Сравнить динамику экспрессии исследуемых генов раннего развития в процессах канцерогенеза и эмбриогенеза печени для выбора генов, потенциально вовлеченных в развитие опухоли.
-
Исследовать роль выбранных генов в поддержании малодифференцированного статуса опухолевых клеток и взаимодействии опухоли с окружающей тканью.
Научная новизна работы. В диссертации применен сравнительный подход к изучению молекулярно-генетических механизмов канцерогенеза и эмбриогенеза печени. Разработанная стратегия направлена на поиск новых регуляторных путей, вовлеченных в канцерогенез. Исследуемые гены выбраны по результатам статистической обработки результатов ранее проведенных исследований дифференциальной экспрессии генов в опухолевой и здоровой ткани печени у экспериментальных животных и человека. Мы впервые провели исследование экспрессии генов на разных стадиях канцерогенеза, от инициации до формирования ГЦК, в опухоли и в окружающей ее ткани, а также на разных стадиях развития и при регенерации печени. Одним из основных результатов работы является установление того факта, что экспрессия гена Igf1 повышена в ткани печени, окружающей опухоль. Разработанная стратегия позволяет получить более целостное представление о механизмах эмбриогенеза и канцерогенеза печени.
Теоретическая и практическая значимость работы. Получен ряд принципиальных результатов, которые расширяют и углубляют представления о молекулярно-генетических механизмах дифференцировки клеток печени в ходе эмбриогенеза и при канцерогенезе. Сравнительный функциональный анализ данных может быть использован для исследования механизмов иных видов злокачественных опухолей. Экспериментальные данные, полученные в ходе работы, могут быть использованы в медико-биологических исследованиях при разработке методов генотерапии различных видов рака, а также в лекциях по биологии развития и медицинской генетике.
Апробация работы. Результаты были неоднократно доложены в форме устных (4) и стендовых (3) докладов на ряде российских и международных конференций: 1) Всероссийская конференция «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия» (Санкт-Петербург, 2010 г.); 2) Конференция молодых ученых Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН (2010-2013 гг., в 2012 г. работа удостоена призового места); 3) IV международная научно-практическая конференция "Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии и медицине" (Санкт-Петербург, 2012 г.).
Личное участие автора. Личное участие автора состояло в анализе обширной литературы и баз данных в сети Интернет, планировании и выполнении экспериментов, проведении статистической обработки и интерпретации полученных результатов, подготовке и представлении результатов исследований в публикациях и на российских и международных конференциях соответствующей тематики. Основные результаты работы получены лично автором. Имена соавторов указаны в соответствующих публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 122 страницах, содержит 29 рисунков, 4 таблицы и состоит из следующих разделов: введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы, включающего 134 цитируемых источника.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них статей в журналах, соответствующих перечню ВАК – 2, тезисов докладов и материалов конференций – 7.