Циркулирующие нуклеиновые кислоты
Автор: Сергей Головин, Koyaanis Katsi


Всем известно, что нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) в организме человека находятся внутри клеток - в ядрах, митохондриях, цитоплазме. В 1948 г. было открыто присутствие в крови внеклеточных, или циркулирующих, нуклеиновых кислот (цДНК и цРНК). Позднее они были обнаружены в плазме, сыворотке крови и моче.

Первоначально появление внеклеточных ДНК и РНК считалось признаком гибели клеток, так как наблюдалось при воздействии ионизирующего излучения или при таком аутоиммунном заболевании, как системная красная волчанка. Специфические цДНК выявлялись в крови при развитии злокачественных опухолей и других заболеваниях, связанных с трансформацией клеток. Позже, было установлено, что циркулирующие нуклеиновые кислоты обнаруживаются вне клеток, и прежде всего в плазме крови человека, не только при патологиях, но и в норме. Так, внеклеточная ДНК может иметь гемопоэтическое происхождение, поступая в кровоток по завершению дифференцировки эритробластов. 

Циркулирующие в крови РНК являются частью сети некодирующих регуляторных РНК, осуществляющих контроль экспрессии генов и, таким образом, выступающих косвенными посредниками между ДНК и белками. В частности, в крови и сыворотке здоровых людей присутствует множество типов микроРНК, относящихся к семейству малых некодирующих регуляторных РНК. Первоначально внеклеточные нуклеиновые кислоты считались биологически инертным материалом, но постепенно была показана их биологическая активность, в т.ч. возможность регуляции экспрессии других генов. ДНК, присутствующая во внеклеточном пространстве, может обладать иммунологической активностью, как самостоятельно, так и в составе иммунных комплексов.

Нуклеиновые кислоты могут высвобождаться как в результате гибели клеток путём апоптоза или некроза, так и при активной секреции нуклеиновых кислот здоровыми клетками в виде экзосом и более крупных частиц, защищённых мембраной. Кроме того, нормальные клетки могут выделять ДНК в виде нуклеопротеинов или в форме гетеродуплексов ДНК-РНК.

Считается, что в плазме крови нуклеиновые кислоты не могут долго циркулировать из-за высокой активности разрушающих ферментов (рибонуклеаз, ДНК-аз) и поглощения другими клетками. Получены свидетельства о возможности интеграции нуклеиновых кислот в геном клеток-реципиентов, возможно, цДНК участвует в гомологичной рекомбинации с геномной ДНК. Этот процесс может корректировать мутации, для чего внешние фрагменты ДНК используются как референс-молекулы.

Показано, что цДНК, выделенная из крови здоровых людей, отличается по своим характеристикам от цДНК опухолевого происхождения. В условиях патологии скорость клеточной гибели превышает способность фагоцитов поглощать и разрушать ДНК, что и повышает уровень последней в системе циркуляции. Кроме того, живые опухолевые клетки секретируют в кровь избыточное количество ДНК. Благодаря этому, определение уровня цДНК позволяет диагностировать различные формы опухолевого процесса, оценить степень его выраженности или риск метастазирования.

Потенциальными биомаркерами злокачественных новообразований выступают и многие типы малых цРНК. Кроме того, показано, что содержание циркулирующих нуклеиновых кислот меняется при диабете, инфаркте миокарда, системной красной волчанке, ревматоидном артрите, гломерулонефрите, гепатите и других патологических состояниях.

Диагностическое значение имеет как качественное (анализ мутаций), так и количественное определение циркулирующих нуклеиновых кислот. В норме концентрация цДНК не превышает 50-60нг/мл, её повышение до 100 и выше может указывать на развитие патологии. Отдельно следует отметить возможность анализа циркулирующих нуклеиновых кислот при беременности. ДНК плода появляется в крови матери уже на первой неделе беременности и полностью выводится из организма через 2 часа после родов. Её источником является апоптоз клеток трофобласта и плаценты, а также гемопоэтические клетки. На основе внеклеточной фетальной ДНК и РНК из крови беременных осуществляется определение пола и резус-фактора плода. Возможна пренатальная диагностика хромосомных болезней, а также осложнений течения беременности.

Источники

  1. Муравлева Л. Е. и др. Внеклеточные нуклеиновые кислоты: происхождение и функции. Миниобзор //Современные проблемы науки и образования. – 2010. – №. 2. – С. 15-20.
  2. https://goo.gl/UFvGRR  Циркулирующие внеклеточные нуклеиновые кислоты в крови здоровых доноров и онкологических больных (автореферат канд. диссертации Тамкович С.Н.) 
  3. Tamkovich S. N., Vlasov V. V., Laktionov P. P. Circulating deoxyribonucleic acids in blood and their using in medical diagnostics //Molekuliarnaia biologiia. – 2008. – Т. 42. – №. 1. – С. 12-23.