← Назад
Понять лейкоз

ДНК, гены и белки

В каждой клетке хранится библиотека инструкций для построения и работы организма. В этой теме: как «читается» эта библиотека — ДНК, как гены превращаются в белки и почему это важно для понимания и лечения лейкоза.

Последнее обновление: Время чтения ~5 мин
Полупрозрачная светящаяся клетка на тёмно-синем фоне; из ядра в центре раскручивается длинная светящаяся спираль ДНК и уходит вверх, вокруг едва заметные клетки крови.
Рисунок 1.Концепция: в ядре каждой клетки хранится книга инструкций организма — спираль ДНК.

01Короткий ответ

ДНК — это наследственная инструкция, хранящаяся в клетках. Она записана четырьмя химическими «буквами» — основаниями A, T, G и C; в ДНК человека около 3 миллиардов оснований. Ген — участок ДНК с инструкцией для производства определённого белка; у человека около 20 тысяч генов, кодирующих белки. Сначала клетка снимает с гена копию (мРНК), а затем по этой копии собирает белок. Белки — «работники» клетки: они управляют делением, созреванием и гибелью. При лейкозе некоторые гены изменяются, и их белки работают неправильно. Многие современные таргетные препараты нацелены именно на такие неправильно работающие белки.

02Простое объяснение

Представьте ДНК как огромную книгу рецептов, которая хранится в ядре каждой клетки. Книга написана всего четырьмя буквами: A, T, G и C. Порядок этих букв — как порядок букв в словах — несёт смысл.

Отдельные рецепты в книге — это гены. Каждый ген описывает, как приготовить одно «блюдо» — один белок. У человека около 20 тысяч таких рецептов. Хотя почти в каждой клетке тела одна и та же книга, каждая клетка открывает только нужные ей рецепты: предшественник эритроцита «читает» рецепт гемоглобина, а лимфоцит — рецепт антител.

Клетка не выносит книгу из ядра — вместо этого она делает копию нужного рецепта. Эту копию называют мРНК. Копия выходит из ядра на «кухню» клетки — к рибосомам, — и там белок собирается из аминокислот, как бусы, по одной.

Белки — работники клетки. Одни передают сигнал «делись» или «стоп», другие дают команду «созревай, специализируйся», третьи исправляют ошибки в ДНК, четвёртые говорят состарившейся клетке: «твоё время пришло».

При лейкозе некоторые рецепты в книге меняются: одна буква написана неправильно, кусок пропал или части двух рецептов склеились. В итоге белок либо работает слишком сильно, либо не работает вовсе. Хорошая новость: учёные знают многие из этих неправильных белков и создали таргетные препараты, которые их «выключают».

03Научное объяснение

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — спиральная молекула из двух цепей. Каждая цепь построена из нуклеотидов — сахара, фосфата и одного из четырёх оснований (аденин, тимин, гуанин, цитозин). Основания образуют пары: A всегда с T, G — с C. ДНК человека состоит примерно из 3 миллиардов оснований, и более 99% из них одинаковы у всех людей. Большая часть ДНК хранится в ядре, небольшая — в митохондриях.

Ген — функциональная единица ДНК. Размер генов — от нескольких сотен до более чем 2 миллионов пар оснований. Проект «Геном человека» оценил число белок-кодирующих генов в 20–25 тысяч; более поздние исследования указывают на значения ближе к нижней границе. Помимо кодирующих участков, геном содержит последовательности, которые регулируют, когда и где гены «включаются» и «выключаются».

Путь от гена к белку проходит в два этапа — это называется экспрессией генов. При транскрипции в ядре последовательность ДНК гена переписывается в мРНК. При трансляции в цитоплазме рибосома читает мРНК по три основания (кодонами) и для каждого кодона присоединяет соответствующую аминокислоту; белки собираются из 20 видов аминокислот. Готовый белок сворачивается в трёхмерную форму, и форма определяет его функцию. Какой ген и насколько активно читать, решают транскрипционные факторы и эпигенетические метки (метилирование ДНК, модификации гистонов) — они включают и выключают гены, не меняя последовательность ДНК.

Гены, связанные с лейкозом, в основном относятся к нескольким функциональным группам: киназы, передающие сигналы (например, ABL1, FLT3), транскрипционные факторы, управляющие созреванием клетки (RUNX1, CEBPA), эпигенетические регуляторы (DNMT3A, TET2, IDH1/IDH2), гены, меняющие расположение и работу белков внутри клетки (NPM1), и «стражи» генома (TP53). Когда эти белки меняются, клетка может бесконтрольно делиться, перестать созревать или избегать гибели. Именно поэтому в современной диагностике проводят генетические тесты, а для части изменений есть таргетные препараты: например, ингибиторы тирозинкиназ против киназы BCR::ABL1, ингибиторы FLT3 и IDH1/IDH2.

04Что происходит в организме?

От гена к белку: два шага

Сначала в ядре с гена снимается копия — мРНК (транскрипция). Затем копия отправляется к рибосомам, где из аминокислот собирается белок (трансляция). Этот процесс каждую секунду идёт в триллионах клеток вашего тела.

С участка раскрученной спирали ДНК тонкая световая лента (мРНК) выходит из ядра и достигает маленьких зернистых структур; там светящиеся аминокислоты, выстроенные как бусы, сворачиваются в белок.
Рисунок 2.От гена к белку: в ядре снимается копия гена, а на рибосоме по этой копии собирается белок.

Каждая клетка читает одну книгу по-своему

ДНК клетки печени и лимфоцита одинакова, но работу они выполняют совершенно разную. Причина в том, что каждая клетка «включает» и «выключает» разные гены. По мере созревания клеток крови набор включённых генов последовательно меняется; при лейкозе эта программа нарушается.

Белки — переключатели клетки

Одни белки — «педаль газа», подталкивающая клетку к делению, другие — «тормоз». При лейкозе педаль газа может «залипнуть» (например, постоянно активная киназа), а тормоз — отказать. И то и другое ведёт к бесконтрольному размножению.

Крупный план клеточной мембраны: несколько светящихся белков пронизывают её; один постоянно горит тёплым оранжевым светом, остальные спокойных бирюзовых оттенков.
Рисунок 3.Белки — переключатели клетки: одни «жмут на газ» деления, другие работают «тормозом».

Как это знание изменило лечение?

Узнав неправильный белок, можно сделать его мишенью. Самый известный пример — ХМЛ: препараты, блокирующие белок BCR::ABL1, превратили эту болезнь для большинства людей в состояние, которое годами удерживают под контролем. Сегодня таргетные препараты есть и для других лейкозов, и изучаются новые.

05От инструкции к поведению клетки

Инструкция из ДНК за четыре шага превращается в поведение клетки. При лейкозе ошибка может возникнуть в любом звене этой цепочки.

ДНК — Книга инструкций, записанная четырёхбуквенным кодом.1ДНККнига инструкций, записанная четырёхбуквенным кодом.
Ген — Конкретный рецепт одного белка.2ГенКонкретный рецепт одного белка.
Белок — «Работник», собранный по рецепту на рибосоме.3Белок«Работник», собранный по рецепту на рибосоме.
Поведение клетки — Деление, созревание, покой или гибель.4Поведение клеткиДеление, созревание, покой или гибель.
Нормальная программаКлетка вовремя делится, созревает и, когда нужно, погибает.
Ошибка в рецептеБелок работает слишком сильно или слабо, контроль нарушается.
Таргетное лечениеПрепарат блокирует неправильно работающий белок.

06Основные понятия и их связь с лейкозом

ПонятиеПростое сравнениеСвязь с лейкозом (пример)
ДНККнига инструкцийВ ДНК лейкозной клетки накапливаются изменения
Основание (A, T, G, C)БукваЗамена одной буквы может изменить работу белка
ГенРецептИзменения генов FLT3, NPM1, TP53 влияют на прогноз и лечение
мРНККопия рецептаНекоторые тесты (например, ПЦР на BCR::ABL1) измеряют мРНК
БелокРаботникНеправильный белок (например, киназа BCR::ABL1) становится мишенью таргетного препарата
КиназаСигнальный выключательПостоянно «включённая» киназа заставляет клетку непрерывно делиться
Транскрипционный фактор«Редактор», выбирающий, какой рецепт читатьПри нарушении клетка перестаёт созревать
ЭпигенетикаЗакладки и пометки в книгеИзменения DNMT3A, TET2, IDH; гипометилирующие препараты действуют на этом уровне

* Примеры упрощены. Какие изменения есть именно при вашем лейкозе и что они означают, может объяснить только гематолог на основании результатов генетических тестов.

07Ключевые термины

ДНК
Дезоксирибонуклеиновая кислота; молекула, несущая наследственную инструкцию.
Основание
«Буква» ДНК: A, T, G или C.
Ген
Участок ДНК с инструкцией для определённого белка.
Геном
Вся ДНК организма.
мРНК
Копия гена; переносит инструкцию из ядра к рибосоме.
Транскрипция
Снятие копии мРНК с ДНК.
Трансляция
Сборка белка по мРНК.
Белок
Молекула из аминокислот, выполняющая работу в клетке.
Киназа
Фермент, передающий сигнал путём присоединения фосфатной группы к другим белкам.
Эпигенетика
Метки, управляющие включением и выключением генов без изменения последовательности ДНК.

08Главное

  • ДНК — книга инструкций из четырёх оснований (A, T, G, C); у человека около 3 миллиардов оснований.
  • Ген — рецепт одного белка; у человека около 20 тысяч белок-кодирующих генов.
  • Ген сначала переписывается в мРНК, затем на рибосоме превращается в белок.
  • Белки управляют делением, созреванием и гибелью клетки.
  • Во всех клетках одна и та же ДНК, но каждая клетка «включает» разные гены.
  • При лейкозе некоторые гены изменяются, и их белки работают неправильно.
  • Таргетные препараты блокируют конкретные неправильно работающие белки.

09Частые вопросы

Передаётся ли изменённая при лейкозе ДНК моим детям?

В большинстве случаев нет. Подавляющее большинство генетических изменений при лейкозе возникает в течение жизни только в кроветворных клетках (соматические изменения) и не попадает в яйцеклетки или сперматозоиды. Редко встречаются наследственные изменения, повышающие предрасположенность к лейкозу; о них — в теме «Факторы риска».

Зачем нужен генетический тест?

Генетический тест помогает определить точный подтип лейкоза, группу риска и в некоторых случаях — подействует ли таргетный препарат. Результаты могут напрямую влиять на план лечения. Готовность некоторых результатов занимает от нескольких дней до нескольких недель.

Чем таргетный препарат отличается от химиотерапии?

Классическая химиотерапия действует на все быстро делящиеся клетки. Таргетный препарат нацелен на конкретный неправильный белок или сигнальный путь лейкозной клетки. У таргетных препаратов тоже есть побочные эффекты, и иногда их применяют вместе с химиотерапией. Подробнее — в теме «Таргетная терапия».

Можно ли «исправить» ДНК питанием или образом жизни?

Здоровый образ жизни важен для общего здоровья, но генетические изменения в лейкозных клетках нельзя исправить едой, добавками или витаминами. Некоторые добавки даже могут мешать лечению. Любую добавку сначала обсудите с гематологом.

В заключении вижу «FLT3-ITD» или «NPM1». Что это?

Это названия генов и типы найденных в них изменений. Значение каждого зависит от типа лейкоза и других находок. Разберите результаты вместе с врачом; о биомаркерах мы рассказываем и в отдельной теме.

Если в ДНК есть изменения, это моя вина?

Нет. Большинство генетических изменений при лейкозе возникает случайно при делении клеток и не связано с тем, что человек делал или не делал. В этом никто не виноват.

10Вопросы врачу

Возьмите эти вопросы на приём. Сохранённые собираются на странице «Мои вопросы» и остаются только на этом устройстве.

  1. Какие генетические изменения нашли в клетках моего лейкоза?

  2. Как эти изменения влияют на моё лечение?

  3. Когда ожидаются генетические результаты?

  4. Могу ли я получить копию результатов?

Мои вопросы

12Источники

  1. MedlinePlus Genetics (U.S. National Library of Medicine). What is DNA?
  2. MedlinePlus Genetics (U.S. National Library of Medicine). What is a gene?
  3. MedlinePlus Genetics (U.S. National Library of Medicine). How do genes direct the production of proteins?
  4. MedlinePlus Genetics (U.S. National Library of Medicine). What are proteins and what do they do?
  5. MedlinePlus Genetics (U.S. National Library of Medicine). Can genes be turned on and off in cells?
  6. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Genetic Code — Talking Glossary
  7. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Messenger RNA (mRNA) — Talking Glossary
  8. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Epigenomics Fact Sheet
  9. National Cancer Institute (NCI). The Genetics of Cancer
  10. National Cancer Institute (NCI). Targeted Therapy to Treat Cancer
  11. American Cancer Society. Genes and Cancer
  12. National Cancer Institute (NCI). Adult Acute Myeloid Leukemia Treatment (PDQ®) — Patient Version
Медицинское предупреждениеЭта информация предназначена только для ознакомления и не заменяет консультацию врача.
Последнее обновление: ← Вернуться к списку

Открыть интерактивную версию сайта →