Dr. Edita Kriukienė: tyrimų esmė – kad mokslo atradimai padėtų žmogui geriau gyventi

– Epigenetika susidomėjote gana anksti – 2008 m., kas paskatino tai padaryti?

– Apsigynus daktaro disertaciją, dirbau visiškai kitoje srityje, bet į savo skyrių mane pakvietė profesorius Saulius Klimašauskas. Jis pasiūlė prisijungti prie projekto, kuriame buvo norima panaudoti unikalius DNR žymėjimo įrankius epigenetiniams tyrimams.

Tuomet apie epigenetiką labai mažai žinojau, o, labiau pasigilinusi, supratau, kad tai – labai įdomi ir plati sritis, apimanti visas gyvybės karalystes ir kiekvienos ląstelės veiklą. Norėjosi save išbandyti naujoje srityje ir iki šiol nesigailiu šio sprendimo. Kuo toliau – tuo įdomiau.

Dabar atrodo, kad epigenetika yra vos ne gyvybės pagrindas – atsiveria nauji klodai ir nauji netikėti genų reguliaciniai sąryšiai. Galėtų būti viso gyvenimo darbas tyrinėti šią sritį.

– Kaip jūsų tyrimai keitėsi nuo tada, kai pradėjote dirbti epigenetikoje? Ir kartu – kokios epigenetikos mokslo naujienos jums labiausiai padėjo, atliekant savo tyrimus?

– Man pradėjus gilintis į epigenetikos sritį, joje įvyko vienas iš didžiausių perversmų. Dažnai jau ne tik mokslininkai žino, kad DNR yra sudaryta iš keturių bazių – adenino, guanino, timino ir citozino – ir tai yra mūsų genetinio paveldimumo pagrindas. Tik pastarasis iš jų žinduoliuose turi natūraliai modifikuotą formą ir aiškią funkciją – yra metilinamas, ir jo paskirtis yra reguliuoti, kada ir koks genas ląstelėje bus išreiškiamas ar paverčiamas veikliu baltymu. Ilgai buvo žinoma tik viena epigenetinė DNR modifikacija – metilcitozinas.

Tačiau 2009 m. įvyko perversmas – buvo atrastas hidroksimetilcitozinas, kuris yra pagaminamas ląstelėje iš metilcitozino. Per keletą metų atradus dar dvi naujas DNR modifikacijas – formilcitoziną ir karboksicitoziną – buvo apibūdintas metilcitozino demetilinimo kelias, per kelis fermentinius etapus grąžinant metilcitoziną į pradinę nemodifikuotą būseną, bei nustatyti tai atliekantys baltymai.

Atsirado naujas technologinis iššūkis – paaiškėjo, kad įprasti metilcitozino tyrimo metodai negalėjo nustatyti šių naujų modifikacijų ir jų funkcija buvo paslėpta po metilcitozino ar nemodifikuoto citozino signalais.

Taigi, atradus metilcitozino virsmus, galima sakyti, reikėjo viską, kas epigenetikos srityje buvo padaryta iki tol, pervertinti iš naujo.

Dabar jau žinoma, kad DNR metilinimas ir demetilinimas vyksta kiekvieną minutę, kiekvienoje ląstelėje, kiekviename audinyje. Pavyzdžiui, itin dideli DNR modifikavimo pertvarkymai vyksta vystantis embrionui. Sutrikus nors menkiausiam šio proceso etapui, gali atsirasti liga. Todėl kiekvieną modifikaciją tiriant individualiai, galima giliau suprasti ląstelės būseną ir mechanizmus, kuriais ląstelė vykdo savo veiklą. Kelių skirtingų modifikuoto citozino būsenų tyrimams reikėjo sukurti naujus metodus. Mes savo darbuose ir kuriame tokius metodus, kurie gebėtų nustatyti visų DNR modifikacijų pokyčius.

– Populiariajame moksle vartojama viena įdomi analogija, skirta apibūdinti epigenetikai – genų spinta. Ar ji tvarkinga, tai yra, ar mūsų genai veikia harmoningai, priklauso nuo epigenetikos. Ar tokia analogija, jūsų nuomone, teisinga?

– Sakyčiau, kad taip. Tik visi mūsų audiniai yra skirtingi ir kiekvienas iš jų turi atskirą spintą su jai būdinga tvarka.

Tačiau ląstelėje vyksta ir atsitiktiniai procesai, tad ta spintos tvarka nėra ideali. Taip pat ji turi būti lanksčiai kintanti, nes ląstelei reikia greitai reaguoti į besikeičiančią aplinką. Lankstus epigenetinis genų raiškos reguliavimo kintamumas gali suteikti teigiamų savybių ląstelei – padėti išgyventi. Bet, jei aplinkos poveikis pasidaro per daug stiprus, atsiranda sutrikimai.

Pavyzdžiui, besilaukiančiai mamai patiriant didelį stresą, vaikui gali išsivystyti medžiagų apykaitos ir širdies ligos ar elgesio sutrikimai, o visi šie sutrikimai reiškia pakitusią genų raišką.

Tokius procesus ir nusako epigenetika – tiria, kaip ląstelių genų spintos tvarka yra palaikoma arba keičiama, priklausomai nuo sąlygų.

– Ar DNR mutacijos atsiranda dėl aplinkos poveikio, ar gali įvykti tiesiog, pavyzdžiui, dalijantis ląstelei?

– DNR mutacijos atsiranda ir ląstelei dalijantis, ir nuo aplinkos poveikio. Tačiau tai – tik vienas reguliacinis lygmuo – genetinis.

Netgi platesnis yra epigenetinių mutacijų lygmuo – DNR modifikavimo, su DNR sąveikaujančių baltymų, histonų, modifikavimo nukrypimai.

O čia jau prasideda itin sudėtingi dalykai. Jei sutrinka baltymų, sudėliojančių epigenetines žymes, veikla, atsiranda gausūs epigenomo pakitimai. Svarbiausia, kad tokios epi-mutacijos netgi labiau paveikia genomą, ir yra sunkiau nustatomos, nei retesnės genetinės mutacijos. Tad „susikalbėjimas“ tarp genomo ir epigenomo turi vykti labai koordinuotai, kitaip gresia ligų išsivystymas.

– Kokie būtų patys reikšmingiausi epigenetiniai klausimai, į kuriuos norėtumėte atsakyti?

– Dabar epigenetikoje vis labiau populiarėja tyrimai, kurių metu reikia vienu metu nustatyti skirtingus epigenetinius veiksnius – tiek DNR ar baltymų modifikacijų sudarymą, tiek DNR struktūros pokyčius ir visų jų įtaką genų raiškai. Nustatant vieną epigenetinį veiksnį, galima surinkti tik labai ribotą informaciją.

Neseniai savo moksliniuose projektuose pradėjome vienu metu tirti kelis veiksnius – be jau minėtų DNR metilcitozino ir hidroksimetilcitozino modifikacijų, tiriame baltymų pagalba suvyniotos DNR struktūrą ir galime nusakyti, kaip šie veiksniai kinta tarpusavyje.

Mums tai pavyko padaryti dėl sukauptos ilgametės patirties, dirbant su iš bakterijų išskirtais baltymais – DNR metiltransferazėmis, kurios baltymų inžinerijos būdu yra priverčiamos į genomą įvesti mūsų pageidaujamas chemines grupes, toliau panaudojamas minėtų veiksnių nustatymui.

Procesas kiek primena žvejybą – norint pagauti „žuvį“, pavyzdžiui, DNR esantį modifikuotą citoziną, reikia užmesti meškeres su „masalu“ – naudojant DNR metiltransferazes ar gliukoziltransferazes sudėlioti genome žymes, tai yra – „masalus“, ir „ištraukti“ tik tokias žymes turinčias DNR sritis.

– Ar jau bandėte šį metodą pritaikyti? Gal norite pasidalinti rezultatais?

– Naujo metodo kūrimas paprastai apima kelis etapus – optimizavimą, testavimą bei pritaikymą biologiniame kontekste, siekiant įvertinti jo naudą. Mes šiuo metodu tyrėme pelės kamieninių ląstelių vystymąsi į nervines ląsteles ir pademonstravome ypatingą hidroksimetilcitozino svarbą šiame procese.

Šio tyrimo rezultatai neseniai paskelbti „Cell Chemical Biology“ žurnale. Hidroksimetilcitozino svarbą epigenetikoje taip pat aprašėme šiais metais paskelbtoje kviestinėje apžvalgoje „Chemical Society Reviews“ žurnale.

– Vykdėte Lietuvos mokslo tarybos projektą, kuriame tyrinėjote neuroblastomą. Kodėl pasirinkote būtent šį vėžį?

– Neuroblastoma – tai viena mirtingiausių vaikų ligų. Pasiekimų ją gydant yra nemažai, bet vaikai ir toliau miršta. Kadangi tai – sutrikusio vystymosi nervinėje sistemoje liga, ji pasireikšti gali gana anksti – vos kelių mėnesių amžiaus ar net ką tik gimusiems vaikams.

Vaikučio nervinės sistemos vystymasis vyksta ne tik jo laukiantis, bet ir po gimimo. Jei procesams sutrikus tai nevyksta tinkamai, susiformuoja augliai, dažnai išplinta netgi visame kūne. Neuroblastomos augliuose yra labai mažai genetinių mutacijų, tad jų pagrindas yra epi-mutacijos. Mes pirmiausia norime geriau suprasti epigenomo pokyčius įvairiose auglių ląstelėse, paveikus jas vaistais. Šiuo metu tiriame epigenetinių vaistų poveikį tiek itin piktybiškiems vėžio atvejams, tiek lengvai jo formai, kai auglys netgi gali dingti be jokio gydymo.

Mūsų tikslas – naujais mūsų sukurtais ekonomiškais metodais surasti epigenetinius taikinius genome, kurie ateityje galėtų būti pritaikomi gydymo stebėjimui ir auglio būsenos įvertinimui personalizuotoje terapijoje. Manau, konkretaus paciento epigenomo nustatymas ir jam tinkamo gydymo strategijos parinkimas yra daug žadanti ateitis.

 – Kadangi jau prakalbote apie personalizuotą mediciną – kaip personalizuota terapija gali padėti gydyti vėžį?

– Klinikiniai tyrimai paprastai vyksta labai ilgai, o vaistas patvirtinamas, jei rodo reikšmingą poveikį didžiajai daliai tirtų atvejų – dažnai tai būna tūkstančiai pacientų. Ir visąlaik pasitaiko atvejų, kai vėžys vis vien nepasiduoda. Kodėl? Kokie globalūs pokyčiai vyksta tame „užsispyrusiame“ auglyje? Tokie su konkrečiu pacientu susiję klausimai turėtų būti epigenetikos mokslo siekiamybė. Man, kaip mokslininkei, norisi, kad žmonėms dėl mokslinių atradimų taptų geriau gyventi.

Beje, pasaulyje jau yra atvejų, kai klinikos susikuria testus, pritaikomus operacijos metu. Pavyzdžiui, operacijos metu yra paimamas auglio mėginys, ir per labai trumpą laiką nustatoma, kokio dydžio pjūvio reikia, siekiant pašalinti vėžines ląsteles. Jei tai smegenų auglys, chirurgas tiksliai žino, kiek to auglio išpjauti, kad apsaugotų žmogaus smegenis. Man toks pavyzdys – tai gražus mokslo ir gydymo praktikos suderinimas.

– Kaip dar pritaikėte naujuosius savo metodus?

– Esame pritaikę savo kurtus metodus prenatalinei diagnostikai, bendradarbiaudami su kolegomis iš Tartu ir Helsinkio universitetų.

– Turite minty NIPT tyrimus?

– Taip. Tyrimai parodė, kad, tiriant hidroksimetilcitoziną, galima jautriau nustatyti vaisiaus genetinius sutrikimus ankstyvame nėštumo mėnesyje. Kaip žinia, mamos kraujyje plaukioja vaiko DNR. Kuo mažesnis vaisius, tuo motinos kraujyje mažiau jo DNR, kas apsunkina DNR tyrimus.

NIPT (neinvazinių prenetalinių tyrimų) testų kaina rinkoje didelė, daugeliui moterų tiesiog neprieinama. Įprastai šie testai leidžia nustatyti Dauno sindromą, tai yra – 21-osios ir dar kelių kitų chromosomų pokyčius. Mūsų siekiamybė buvo šį testą padaryti itin efektyvų ir plačiai prieinamą. Šiuo metu bendradarbiaujame su viena užsienio kompanija, kuri norėtų tęsti mūsų tyrimus.

– Ar tai reiškia, kad ateityje nėščioms moterims atliekamiems vaisiaus genetiniams tyrimams bus naudojamas jūsų sukurtas metodas?

– Gali būti, bet kartu tai kelia ir etinius klausimus. Pavyzdžiui, ar tikrai reikia rinką išplėsti visoms moterims, ypač jei dėl jauno moters amžiaus ta tikimybė yra mažesnė? Juk pasitaiko ir klaidingai teigiamai įvertintų atvejų, nes šie testai pasako tikimybę, bet ne diagnozę.

Diagnozę gali patvirtinti tik invaziniai tyrimai, kaip vaisiaus vandenų tyrimas, kuris, kaip žinoma, sukelia persileidimo riziką. O galbūt dauguma moterų ir nenori žinoti diagnozės.

– Jūsų darbas buvo nominuotas Nacionalinei mokslo premijai (NMP), papasakokite daugiau apie šį darbą?

– Šį darbą pristatėme NMP konkursui drauge su kolega dr. Giedriumi Vilkaičiu. Jis apjungia mūsų epigenetikos įrankių kūrimo ir jų taikymo darbus bei kolegos sukurtus metodus reguliacinių mažųjų RNR analizei ir DNR metiltransferazių funkcijų tyrimams gyvose ląstelėse. Pristatomas unikalių įrankių rinkinys – mTAG-seq, TOP-seq, hmTOP-seq, caCLEAR, Mx-TOP, Dnmt-TOP-seq ir mDOT-seq – sukurtas mūsų mokslinių grupių, demonstruoja jų novatoriškumą bei apjungia sudėtingus multidisciplininius tyrimus taikant juos įvairių kompleksinių epigenetinių ligų tyrimams – pavyzdžiui, vėžio, širdies ir kraujagyslių ligų, laktozės netoleravimo ir kt.

– Kokie jūsų ateities planai? Kokius naujus tikslus sau keliate?

– Kadangi dirbu epigenetinių technologijų srityje, nuolat kirba mintis, o kokį dar sukurti naują metodą, kuris pagerintų epigenetinių tyrimų tikslumą, užpildytų dar esamą nišą.

Epigenetikos ateitis ligų gydyme, manau, susijusi su erdvine biologija, ar vienos ląstelės biologija. Juk kiekviena ląstelė vėžiniame audinyje gali reaguoti skirtingai į vaistus. Tai, kaip vyksta epigenetiniai procesai atskiroje ląstelėje, yra didžiulė atskira tyrimų sritis. Tiriant auglius yra svarbu žinoti ir jų ląstelinę sudėtį, ir kaip vyksta bendravimas tarp atskirų ląstelių ar su aplinkinėmis sveikomis ląstelėmis.

Erdvinė biologija geba nustatyti ne tik skirtingų tipų ląsteles auglyje, pavyzdžiui, piktybiškas ląsteles arba kamienines ląsteles, kurios sukelia vėžio atsinaujinimą, ar įvairių imuninių ląstelių buvimą, kurios padeda kovoti prieš tą auglį, bet ir jų išsidėstymo vietą auglyje, sąryšius tarp ląstelių. Daug skirtingos informacijos reikia surinkti, norint įvertinti auglio būseną ir jo galimą reakciją į gydymą. Tai itin aktualu personalizuotam gydymui. Aš labai norėčiau kažkiek prie to prisidėti.

– Ačiū už pokalbį.
– Ačiū jums.

Kalbėjosi Goda Raibytė-Aleksa