Новая технология неинвазивной ранней диагностики рака печени относится к метилированным CpG-островкам с короткой тандемной амплификацией и секвенированием (MCTA-Seq). Эта технология является прорывом в методах диагностики рака, поскольку позволяет проводить комплексный анализ последовательности аномально гиперметилированных CpG-островков в свободной ДНК плазмы пациентов для ранней диагностики рака печени. Метилирование ДНК — это эпигенетическая модификация, при которой метилцитозин (С) добавляется к ДНК, образуя метилцитозин, и происходит в основном в CpG-динуклеотидах, которые сильно сгруппированы в геномных областях, называемых CpG-островами, которые в основном расположены в начале транскрипции генов и имеют важные транскрипционные регуляторные функции. В опухолевых клетках большое количество CpG-островов аберрантно гиперметилировано. Аберрантное гиперметилирование CpG-островов не только тесно связано с развитием опухоли, но и является очень перспективным маркером опухоли. Некротические раковые клетки выделяют ДНК в кровь в виде циркулирующей свободной ДНК. Можно ли выявить рак на ранней стадии, обнаружив в крови свободную ДНК, несущую аномально гиперметилированные островки CpG? Хотя такие попытки предпринимались еще в 1990-х годах, исследования продвигались медленно. Одним из ключевых узких мест является отсутствие высокопроизводительной технологии, позволяющей одновременно выявлять большое количество CpG-островков. Свободная ДНК, выделяемая из опухолей ранних стадий в периферическую кровь, чрезвычайно мала и сильно фрагментирована, а имеющиеся в настоящее время методы определения групп метилирования ДНК обладают низкой чувствительностью и не могут удовлетворить требованиям высокопроизводительного обнаружения. Технология MCTA-Seq ловко устраняет это узкое место. Путем селективной амплификации метилированных CpG коротких тандемных последовательностей CGCGCGG и последующего высокопроизводительного анализа секвенирования, MCTA-Seq может обнаружить почти девять тысяч CpG-островков одновременно в одной реакции; нижний предел обнаружения может составлять всего 1-2 клетки геномной ДНК. Рак печени — одна из самых распространенных злокачественных опухолей в мире, занимающая третье место по уровню смертности. Заболеваемость гепатоцеллюлярной карциномой в Китае высока из-за большого количества хронических пациентов, инфицированных вирусом гепатита В. В настоящее время сывороточный альфа-фетопротеин (АФП) является наиболее часто используемым клиническим маркером для раннего скрининга рака печени, однако частота ложноотрицательных результатов составляет около 40%, поэтому существует острая необходимость в разработке новых биомаркеров для раннего скрининга рака печени. Исследователи использовали технологию MCTA-Seq для анализа в общей сложности 151 клинического образца, включая 57 образцов тканей рака и парарака и 94 образца плазмы крови пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой, пациентов с циррозом и нормальных людей. В тканях гепатоцеллюлярной карциномы они обнаружили, что почти девятьсот CpG-островков были аберрантно гиперметилированы. Напротив, в образцах плазмы пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой небольшого размера (≤3 см) было выявлено почти четыреста CpG-островков со значительно повышенным уровнем метилирования; дальнейшее повышение критериев отбора позволило выявить более сорока наиболее эффективных маркеров CpG-островков плазмы. Было обнаружено, что маркеры CpG-островов в плазме крови пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой можно разделить на две категории, одна из которых частично происходит непосредственно из ткани гепатоцеллюлярной карциномы, а другая выделяется как тканью гепатоцеллюлярной карциномы, так и нераковой тканью печени. В плазме крови пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой небольшого размера (≤3 см) последняя группа маркеров увеличивалась даже больше, чем первая. После хирургической резекции опухоли оба класса маркеров значительно снизились, что указывает на их тесную связь с опухолью. Открытие последней группы новых маркеров CpG-островов в плазме крови демонстрирует преимущества беспристрастного скрининга с помощью технологии MCTA-Seq. Благодаря объединению двух типов маркеров CpG-островов плазмы крови, метод MCTA-Seq имеет чувствительность 94% и специфичность 89% для диагностики гепатоцеллюлярной карциномы. Особенно важно, что MCTA-Seq успешно поставил правильный диагноз у всех 15 пациентов с гепатоцеллюлярной карциномой, у которых в данном исследовании был получен ложноотрицательный АФП. Учитывая, что аномальное гиперметилирование островов CpG происходит в большинстве типов опухолей, ожидается, что технология MCTA-Seq также будет использоваться для неинвазивного раннего скрининга других типов рака. Кроме того, поскольку различные типы опухолей имеют уникальные профили метилирования, MCTA-Seq также имеет потенциал для определения происхождения опухолевой ткани. Трехэтапная реакция создания библиотеки MCTA-Seq может быть завершена в одной пробирке ПЦР с проведением только поверхностного секвенирования, что делает ее новой технологией бесплатного секвенирования ДНК, которая проста, экономична и имеет перспективное применение.