Секвенирование одиночных клеток выявило повышенную частоту встречаемости однонуклеотидных полиморфизмов в лёгких курильщиков

Ежегодно 31 мая отмечается Всемирный день без табака, который был учреждён ВОЗ ещё в 1987 году. Его главная цель — привлечь внимание к табачной эпидемии и её смертельным последствиям.

Несмотря на то, что с возрастом мутации в лёгких накапливаются практически у всех людей, гораздо больше их возникает у курильщиков. Эту закономерность выявил новый анализ одиночных клеток. Проведя секвенирование клеток лёгких курящих людей и тех, кто никогда не злоупотреблял этой вредной привычкой, команда под руководством исследователей из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна (Albert Einstein College of Medicine) подтвердила, что частота мутаций действительно выше у курильщиков. В работе, опубликованной в журнале Nature Genetics, авторы показали, что рост количества мутаций достигает плато, когда индекс курения равен 23 пачка/лет (индекс курения измеряется в показателе «пачка/лет» и определяется как 20 сигарет, выкуриваемых ежедневно в течение года). Это позволяет предположить, что существует механизм, подавляющий дополнительное накопление мутаций и развитие рака лёгких.

«У наиболее активно курящих людей не было самого большого мутационного груза», – заявил соавтор исследования Саймон Спивак (Simon Spivack), профессор медицины и генетики в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна и пульмонолог в компании Montefiore Health System. «Наши данные позволяют предположить, что люди прожили так долго, несмотря на активное курение, потому что им удавалось подавлять дальнейшее накопление мутаций. Это может быть связано с наличием эффективных систем репарации ДНК или детоксикации сигаретного дыма».

Исследователи использовали метод амплификации со множественным замещением одиночных клеток (single-cell MDA – multiple displacement amplification) для анализа нормальных базальных клеток проксимальных бронхов, полученных от 19 курящих людей (включая как курильщиков в прошлом, так и тех, кто злоупотребляет вредной привычкой и по сей день) и от 14 никогда не куривших. Авторы проанализировали от трех до восьми ядер у каждого участника и изучили количество однонуклеотидных полиморфизмов и инделов в этих образцах.

В целом у никогда не куривших людей количество однонуклеотидных полиморфизмов на ядро варьировалось примерно от 464 в возрасте 11 лет до 2 739 в возрасте 86 лет, что соответствует частоте 28 мутаций на клетку в год. Среднее число инделов также увеличивалось с возрастом, варьируя от 59 до 304, что соответствует частоте около 2 инделов на клетку в год.

Курящие имели более высокий уровень однонуклеотидных полиморфизмов – около 91 на клетку в год, что на 63 единицы больше, чем у людей, никогда не куривших. При этом частота мутаций инделов у них была такой же, как и у некурящих.

«Мы экспериментально подтвердили, что курение повышает риск развития рака лёгких за счёт увеличения частоты мутаций», – сообщил Спивак. «Вероятно, это одна из причин, почему так мало некурящих людей заболевают раком лёгких, в то время как от 10 до 20% пожизненно курящих сталкиваются с этим заболеванием».

Однако, как установили исследователи, увеличение частоты мутаций в конечном итоге снижается. Изучая этот вопрос в аспекте кумулятивной дозы курения, рассчитанной через показатель «пачка/лет», учёные обнаружили, что частота мутаций среди курящих линейно увеличивалась до 23 пачка/лет, после чего оставалась постоянной.

Это, как отметили исследователи, может объяснить, почему у заядлых курильщиков генетический профиль такой же, как и у мало курящих. Авторы также предположили, что у некоторых людей может быть повышенная устойчивость к накоплению новых мутаций. Они отметили, что двое участников исследования были носителями полиморфизма AKR1C2 – он помогает в детоксикации полициклических ароматических углеводородов, содержащихся в сигаретном дыме, которые способствуют возникновению мутаций.

Полученные результаты открывают новый путь для исследований. Ян Вийг (Jan Vijg), соавтор исследования и профессор Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна, отметил в своём заявлении, что он и его коллеги теперь планируют разработать методы определения способности ДНК к репарации и детоксикации.