أهم محطة لعلاجات السرطان المستقبلية: فهرس الطفرات

تحليل الجينوم الكامل للسرطان أو تحليل شامل للسرطان للجينومات الكاملة (Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes, PCAWG)، العلماء الذين أنجزوا هذا المشروع نشروا بيانات غير مسبوقة لأكثر من 2600 جينوم سرطاني، حللوا فيها أحداث الطفرات حللوها في هذه الجينومات. فقد فهرسوا صورة واسعة وشاملة للطفرات المتعلقة بالسرطان في المناطق المشفرة وغير المشفرة من الجينوم في 38 نوعًا رئيسيًا من الأورام، ودمجوها واستخدموا هذه المعلومات لتحديد المسارات البيولوجية ذات الصلة.

ما الجينوم؟

الجينوم، DNAهو مجموع جميع التعليمات الموجودة فيه. وفي نواة كل خلية من خلايانا توجد 2 نسخة من DNA، إحداهما من الأم والأخرى من الأب. ويُطوى / يُعبَّأ DNA لدينا بطريقة خاصة ليُشكِّل الصبغيات. وتوجد داخل خلايانا صبغيات تحتوي على 46 من لوالب DNA المعبأة (23 من الأم و23 من الأب).

ملخص مشروع التحليل الشامل للسرطان للجينومات الكاملة:

• حُدد نحو خمس طفرات قائدة في كل جينوم سرطاني (لم تكن لدى % 5 طفرة قائدة).
• وُجد أن معظم الطفرات القائدة تقع في المنطقة المشفرة من الجينوم.
• يمكن لـ «ساعة جزيئية» تحديد الطفرات التي حدثت مبكرًا في تطور السرطان.
• قد تساعد أنماط الطفرات الجينية على تحديد نوع السرطان (وقد يساعد ذلك الأطباء على تحديد سرطان مجهول المنشأ / المصدر).

هذا الجهد الجماعي، الذي شمل تعاونًا من 37 دولة بين أكثر من 1300 عالم وطبيب، أدى إلى Nature والمجلات التابعة لها، حيث نُشرت بالتزامن 23 مقالة علمية ناتجة عنه.

أصبحت مجموعة بيانات التحليل الشامل للسرطان للجينومات الكاملة متاحة لجميع باحثي السرطان حول العالم. ومن شبه المؤكد أن إتاحة بيانات السرطان هذه على نطاق واسع وجودتها ستولدان موجة من الفهم البيولوجي والتطورات المنهجية.

مثلًا، عمل الباحثين الذي يحللون فيه ما إذا كانت الطفرات حدثت مبكرًا أم لاحقًا، حول الساعات الجزيئية قد يكون مفيدًا في النهاية في التشخيص المبكر للسرطان أو استراتيجيات الوقاية منه.

عمومًا، تشير نتائج الدراسة إلى أن ما يظهر قبل تشخيص السرطان بسنوات من الطفرات القائدة التشخيص المبكر و المؤشر الحيوي قد تكون له آثار على تطويرهما. فقد تظهر الطفرات القائدة ذات الدور الحاسم في تشكل السرطان قبل تشخيصه بسنوات، ويمكن استخدام ذلك للتشخيص المبكر.

ومع ذلك، ينبغي ألا ننسى أن التحليلات الاستدلالية، مثل تحليل الجينوم الكامل للسرطان، رغم توفيرها فهمًا أعمق للسرطان، ترتبط عادةً بدرجة أعلى من التعقيد.

التحليل الشامل للسرطان للجينومات الكاملة – مناطق DNA المشفرة وغير المشفرة

التحليل الشامل للسرطان للجينومات الكاملة (PCAWG)، المعلومات التي جُمعت من دراسته وهذا الفهم الجديد يختلفان عن التقليدي من تسلسل الإكسوم الكامل وهذا موضع الاختلاف.

ملاحظة: الإكسوم، هو مجموع مناطق DNA المشفرة للبروتين المسماة الإكسونات وهو مجموع هذه المناطق، ويشكل %1 فقط من DNA؛ وهذا يقابل 20 ألف جين مشفر للبروتين. أي إن تحليل الإكسوم الكامل يحلل الطفرات في %2 فقط من DNA. الإنترونات فهي مناطق DNA غير المشفرة للبروتين، وحتى وقت قريب كانت تُسمى DNA الخردة (القمامة، غير المهم) وهذا ما كانت تُدعى به.

ما استُخدم حتى الآن من جميع أدوية السرطان الذكية الموجهة، طُوِّر بالنظر إلى تسلسلات DNA التي ظهرت من تسلسل الإكسوم الكامل، الذي يمثل %1 فقط من الجينوم. والآن، أُدرجت المناطق غير المشفرة أيضًا وأصبح النطاق %100.

تُعرض بيانات مشروع التحليل الشامل للسرطان للجينومات الكاملة، الخام والمعالجة والمفسرة، بحيث تواصل توفير البيانات للباحثين الآخرين في السنوات المقبلة، في موقع PCAWG الإلكتروني وهي متاحة عبر الإنترنت.

التحليل الشامل للسرطان

للتحليل الشامل للسرطان، استُخدمت بيانات التسلسل الكامل للجينوم من نسيج سرطاني ونسيج طبيعي مطابق، يعود إلى 2605 أورام أولية و173 نقيلة أو انتكاس موضعي وهذه هي الأنسجة التي استُخدمت بيانات تسلسلها الكامل، إلى جانب الأنسجة الطبيعية المطابقة. وحُللت البيانات من أجل 3 مجموعات رئيسية من الطفرات ، وهي: المتغيرات الجسدية لنوكليوتيد مفرد (SNV)؛ والإدخالات والحذوفات الصغيرة (indels)؛ وتغيرات عدد النسخ والمتغيرات البنيوية (SV)، وهي إعادة ترتيب لأجزاء كبيرة من DNA.

أظهرت الفهرسة بصورة لافتة > 43 مليون SNV، و> 400.000 متغير جسدي متعدد النوكليوتيدات، و> 2.4 مليون indel جسدي، ونحو 290.000 SV جسدي، و> 19.000 حدث انتقال رجعي جسدي، و> 8000 طفرة جديدة de novo في DNA الميتوكوندريا. وأبلغ التحليل عن تفاوت كبير في عبء الطفرات الجسدية بين المرضى وكذلك بين أنواع الأورام.

كانت فهرسة الطفرات القائدة وفهمها هدفًا مهمًا لمجتمع أبحاث السرطان خلال العقدين الماضيين، ورغم محدودية عدد الطفرات القائدة، توجد آلاف أو عشرات آلاف التوليفات منها.

وجد الباحثون أن % 91 من السرطانات لديها طفرة قائدة واحدة قابلة للتحديد على الأقل؛ ووُجدت 4.6 طفرة قائدة لكل ورم. ولم يُبلغ عن أي طفرة قائدة لنحو % 5 من السرطانات.

عند الدراسة بحسب أنواع الأورام، كانت SV القائدة (المتغيرات البنيوية) أكثر شيوعًا في السرطانات الغدية للثدي والمبيض. أما الطفرات النقطية القائدة فقد أدت دورًا مهمًا في السرطانات الغدية للقولون والمستقيم وفي لمفومات الخلايا البائية الناضجة. بالجينات الكابحة للأورام ارتبطت طفرات قائدة كثيرة كانت معطِّلة من الجانبين: TP53في % 77 من طفراته، كان كلا الأليلين متحورًا.

لدى المرضى المصابين بسرطان الخلايا الكلوية الكاره للصباغ و سرطان البنكرياس العصبي الصماوي – وهي أورام ذات اختلال ملحوظ في الصيغة الصبغية – لم تُلاحظ طفرات سرطانية قائدة. PCAWG باحثوه، «قد تكفي توليفات معينة من اكتساب الصبغيات الكاملة وفقدها لبدء سرطان، في غياب طفرات قائدة أكثر تحديدًا.» بهذه العبارة وصفوا الحالة.

السبب الكامن وراء اختلاف استجابة مريضين لهما التشخيص نفسه تمامًا للعلاجات هو الفروق الجينية بين الأورام.

أسباب هذا الوضع مكتوبة في جينوم الأورام. والنتيجة المدهشة هي مدى اختلاف جينوم السرطان لدى شخص عن شخص آخر - آلاف التوليفات المختلفة للطفرات التي قد تسبب السرطان، وأكثر من 80 عملية مختلفة...

نحو % 5 من جميع السرطانات سرطان مجهول المنشأ (carcinoma of unknown origin) هو التشخيص الذي تتلقاه. وقد تساعد أنماط الطفرات والجينات التي تؤثر فيها على تحديد نوع السرطان المحتمل لدى المريض.

نظرة عن قرب إلى الطفرات في المناطق غير المشفرة

في تحليلات الطفرات القائدة الجسدية غير المشفرة، مثل NEAT1 وMALAT1 الطويلين غير المشفرين من RNA، تُراجع الطفرات القائدة غير المشفرة المُبلغ عنها سابقًا، وفي الوقت نفسه تُكتشف طفرات جديدة أيضًا.

PCAWG وجد باحثوه بؤرًا ساخنة أحادية الموقع في محفز TERT، ترتبط بزيادة التعبير عن TERT (المحفز، هو قطعة DNA تبدأ نسخ الجينات).

كانت لـ TOB1 آثار تتعلق بسرطاني المعدة والثدي.

في الحالات التي أُبلغ فيها عن طفرات محفز TP53، لم توجد طفرات إضافية في المنطقة المشفرة، مما يشير للمرة الأولى إلى تعطيل قوي لـ TP53 ناجم عن الطفرات غير المشفرة.

أبلغ الباحثون أيضًا عن طفرات متغيرات بنيوية جديدة مرشحة لاستمرار التسرطن، مثل إعادة الترتيب التي تشمل جينات AKR1C وBRD4.

لكن الطفرات القائدة غير المشفرة وُجدت أحداثًا نادرة. ووفق الباحثين، ستواصل مجموعات البيانات الأكبر والتقدم التكنولوجي تحديد طفرات قائدة غير مشفرة جديدة، وإن بتواتر أقل بكثير من الطفرات القائدة المشفرة للبروتين.

الساعات الجزيئية

تناول الباحثون أيضًا ما إذا كانت الطفرات تحدث مبكرًا أم متأخرًا في تطور السرطان. مفهوم الساعات الجزيئية، جرى تناوله بتحديد ما إذا كانت الطفرات نسيلية (تحدث في جميع النسائل السرطانية) أو تحت نسيلية (تحدث في قسم من النسائل السرطانية)، وما إذا كانت الأحداث النسيلية تحدث قبل الأحداث تحت النسيلية.

وجدوا أن من 2583 عينة تضم 47 مليون طفرة نقطية، كانت % 22 أحداثًا نسيلية مبكرة؛ و% 7 نسيلية متأخرة؛ و% 53 نسيلية غير محددة؛ و% 17 تحت نسيلية غير محددة. وفي لوحة تضم 453 جينًا قائدًا للسرطان، كانت % 29 نسيلية مبكرة، و% 5 نسيلية متأخرة، و% 56 نسيلية غير محددة، و% 8 أحداثًا تحت نسيلية، ضمن 5913 طفرة نقطية مولدة للأورام حددوها.

الطفرات القائدة KRAS ، وTP53 و PIK3CA ، وTERT من الطفرات القائدة غير المشفرة، اعتُبرت أحداثًا مبكرة في تطور السرطانات. وذكر الباحثون أن البصمة الطفرية تغيرت بمرور الزمن في % 40 من الأوراموهذا ما أشاروا إليه.

كيف ينبغي للطبيب استخدام هذه الثروة من المعلومات؟

«يقدم مشروع التحليل الشامل للسرطان خريطة طريق لكيفية جمع الجينومات وتحليلها. وطورنا عمليات موحدة عالية الجودة لتحليل الجينومات وعرضها بصورة موحدة.» كما يقول الدكتور Lincoln D. Stein، أحد قادة المشروع، في المؤتمر الصحفي. «بهذا المشروع، وُجدت المسارات نفسها التي حُددت بتسلسل الإكسوم، كما وجدنا طرائق كثيرة أخرى لتطوير هذه المسارات.» وهذا ما يضيفه.

إضافةً إلى ذلك، مع زيادة قدرتنا على فهم ما يتغير في سرطان معين من مسارات الإشارة / النمو والجينات، سنستطيع الآن رؤية التغيرات التي تحدث في ورم المريض بصورة أدق. وبذلك يمكننا استخدام علاجات أكثر استهدافًا وهذا ما نستطيع فعله.

قبل ذلك، عندما كنا ننظر إلى تسلسل الإكسوم وحده، كنا سنبقى في الظلام بشأن جينوم الورم لدى نحو ثلث المرضى القادمين إلى العيادة. علم الأورام الدقيق لم تكن ستتوفر لدينا أي معلومات لمواصلة ممارسته.

لكن أحد القيود المهمة لهذه الدراسات هو عدم وجود بيانات سريرية تربطها بعلاجات المرضى.

المستمر من مشروع ICGC ARGO يعمل تحديدًا على سد هذا النقص. فإضافةً إلى منشورات مشروع PCAWG، يجمعون البيانات السريرية والجينومية لـ 100.000 مريض سرطان.

بعد جمع بيانات كافية تربط البيانات الجينومية بالنتائج السريرية، سيُبدأ بإنشاء ما يساعد الطبيب على تحديد خيارات علاج أفضل باستخدام معلومات المريض الجزيئية والجينومية، من نظم التعلم الآلي ودعم القرار التي سيبدأ بناؤها.

مع ذلك، لن يتاح اختبار جينوم السرطان قريبًا في أي عيادة سرطان. فعلى خلاف اختبار لوحة الجينات المتعددة المتاح حاليًا، يجب نقل العمليات المخبرية ومعايير توحيد تسلسل الجينوم الكامل إلى مراكز الاختبارات الوراثية.

كما توجد تكاليف مرتبطة بتشغيل أدوات الاختبار الوراثي الجديدة هذه وتحليل البيانات الناتجة. وهي مرتفعة جدًا الآن، لكنها ستنخفض بمرور الزمن. ولن تدخل هذه التكنولوجيا الاستخدام غدًا مباشرةً، لكنها ستصبح أسهل إتاحةً خلال بضع سنوات.

موضوع ذو صلة:

- ما تسلسل الجيل الجديد (Next-Generation Sequencing, NGS)؟ استخدامه في علم الأورام