Анализ ДНК-гистограмм

Измерение содержания ДНК – одно из самых простых и распространенных применений проточной цитометрии. Первые ДНК-гистограммы, полученные в 1969 г.(M.A.Van Dilla, T.T. Trujillo, P.F.Mullaney, J.R.Coulter, 1969), позволили четко различить клетки, находящиеся в G1-, S- и G2/М-фазах клеточного цикла. С тех пор появилось множество работ по измерению содержания ДНК в клиническом материале, полученном в основном от больных раком.

Из ДНК-гистограмм можно получить два рода данных. Во-первых, идентифицировать клетки с аномальным содержанием ДНК (рис.1, Б), так называемые анеуплоидные клетки. Во-вторых, определить долю клеток, находящихся в S-фазе (SPF), и оценить степень пролиферации. Как правило, в клеточной популяции с высокой пролиферативной активностью число клеток в S-фазе больше, чем обычно.

Международный комитет по аналитической цитометрии (W.Hoddeman, J.Schumann, M.Andreeff, B.Barlogie, C.J.Herman, R.C.Lief et.al, 1984) попытался стандартизировать множество способов анализа ДНК-гистограмм, и тем не менее для анализа продолжают использовать различные подходы, часто с привлечением компьютерных прграмм. Далее будут рассмотрены некоторые из этих подходов :

Вычисление коэффициента вариации (CV)

Самый простой способ оценки качества результатов основан на вычислении CV для G1-пика ДНК диплоидных клеток. Эта величина определяется из приведенного ниже соотношения в предположении, что G1-пик следует нормальному распределению:

CV = W / (M · 2,35),

Где W – ширина пика на уровне полувысоты, М – номер канала для максимума G1- пика.

Чем меньше CV и чем лучше G1-пик отвечает нормальному распределению, тем качественнее результаты. В действительности качество ДНК-гистограмм, как правило, не очень высоко, и чтобы судить о достоверности результатов, полученных при клинических исследованиях, приходится оценивать средний CV и диапазон его значений.

Вычисление индекса ДНК

Индекс ДНК для «анеуплоидного» пика (пиков) на гистограммах с двумя или более G1-пиками (рис.1, Б) вычисляют, ориентируясь на «диплоидный» G1-пик. Так, на рис. 1, Б G1-пику для опухолевых клеток соответствует вдвое большее количество ДНК, чем G1-пику диплоидных клеток, поэтому индекс ДНК для него равен 2,0. Для анеуплоидных клеток, содержащих на 50% больше ДНК, чем нормальные, индекс равен 1,5. Анеуплоидию можно выявить только в тех случаях, когда на гистограммах имеется не менее двух G1-пиков. Чтобы установить, какой из близко расположенных друг к другу G1-пиков соответствует диплоидным клеткам из свежих образцов ткани, можно использовать внешний ДНК-стандарт. Если присутствуют только диплоидные клетки, то ИД считают равным 1,0.

Основная проблема при определении плоидности связана с трудностью выявления малого числа анеуплоидных стволовых клеток. Еще труднее идентифицировать малочисленные тетраплоидные стволовые клетки, поскольку такие клетки в G1-фазе по содержанию ДНК равноценны диплоидным клеткам в фазе G2. Так, в отличие от рис 1, Б, на котором четко виден высокий «тетраплоидный» пик, на рис.1, А обнаруживается лишь слабый пик, соответствующий четырем гаплоидным наборам ДНК.

Определение доли клеток, находящихся в S-фазе

Для определения доли клеток в S-фазе используется метод Байсха и др.(H.Baisch, W.Gohde, W.A.Linden, 1975), модифицированный применительно к анеуплоидным клеткам. Суть метода состоит в построении прямоугольника, вписывающегося в пространство между G1- и G2-пиками. Высота этого прямоугольника определяется числом клеток, приходящихся на 10 центральных каналов области S-фазы, из которого вычисляется среднее число клеток на канал. Аналогичным способом можно определить долю анеуплоидных клеток в S-фазе при условии, что высоту прямоугольника (рис.1, Б) можно вычислить, используя ту часть гистограммы, которая не перекрывается с областью, отвечающей диплоидным клеткам.