مهم‌ترین نقطه عطف درمان آینده سرطان: کاتالوگ جهش

تحلیل کل ژنوم سرطان یا تحلیل پان‌سرطان کل ژنوم‌ها (Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes, PCAWG) پروژه‌ای است که دانشمندانش رخدادهای بیش از 2600 ژنوم سرطان را از نظر جهش تحلیل و داده بی‌سابقه منتشر کردند. در 38 نوع اصلی تومور، تصویر گسترده جهش کدکننده و غیرکدکننده را فهرست و ترکیب کردند و برای یافتن مسیر زیستی به کار بردند.

ژنوم چیست؟

ژنوم مجموع دستورهای DNAاست. هسته هر سلول 2 نسخه DNA از مادر و پدر دارد. با تاخوردن/بسته‌بندی، کروموزوم می‌سازد. 46 کروموزومِ DNA بسته‌بندی‌شده داریم (23 مادری و 23 پدری).

خلاصه پروژه:

• در هر ژنوم حدود پنج جهش راننده بود (% 5 بدون راننده).
• بیشتر راننده‌ها در بخش کدکننده بودند.
• «ساعت مولکولی» جهش زودرس در تکامل را مشخص می‌کند.
• الگوی جهش می‌تواند نوع را تعیین کند؛ برای سرطان با منشأ نامعلوم به پزشک کمک می‌کند.

این تلاش جمعی شامل همکاری 37 کشور با بیش از 1300 دانشمند و پزشک در Nature و مجلات وابسته، 23 مقاله هم‌زمان انجامید.

داده تحلیل پان‌سرطان کل ژنوم در دسترس همه پژوهشگران سرطان جهان است. دسترسی گسترده و کیفیت آن تقریباً قطعاً موجی از شناخت زیستی و پیشرفت روش‌شناختی ایجاد خواهد کرد.

مثلاً پژوهشگرانی که زودتر یا دیرتر رخ‌دادن جهش‌ها را در ساعت مولکولی سرانجام شاید برای تشخیص زودرس یا پیشگیری مفید باشد.

کلاً یافته‌ها نشان می‌دهد سال‌ها پیش از تشخیص، جهش راننده برای تشخیص زودرس و نشانگر زیستی پیامد داشته باشد. جهش راننده با نقش حیاتی در سرطان می‌تواند سال‌ها پیش از تشخیص پدید آید و این برای کشف زودرس قابل‌استفاده است.

اما نباید فراموش کرد تحلیل‌های استنباطی مانند کل ژنوم سرطان، با وجود شناخت عمیق‌تر، معمولاً با درجه بالاتر پیچیدگی همراه‌اند.

پان‌سرطان؛ بخش کدکننده و غیرکدکننده DNA

تحلیل کل ژنوم (PCAWG) شناختی متفاوت از توالی‌یابی کل اگزوم می‌دهد.

نکته: اگزوممجموع بخش‌های پروتئین‌کدکننده DNA به نام اگزون نام دارند؛ فقط %1 DNA و برابر 20 هزار ژن پروتئین‌کدکننده‌اند. پس تحلیل کل اگزوم، جهش‌ها را تنها در %2 DNA بررسی می‌کند. اینترون بخش غیرکدکننده است و تا همین اواخر junk (زباله، کم‌اهمیت) DNA نام داشت.

همه داروهای هدفمند هوشمند سرطانبا بررسی توالی DNA حاصل از کل اگزوم، نماینده فقط %1 ژنوم، توسعه یافته بودند. اکنون با افزودن مناطق غیرکدکننده پوشش به %100 رسیده است.

داده خام، پردازش‌شده و تفسیرشده پروژه برای تأمین اطلاعات پژوهشگران دیگر در سال‌های آینده، در وب‌سایت PCAWG آنلاین است.

تحلیل پان‌سرطان

برای آن، 2605 تومور اولیه و 173 متاستاز یا موضعی عود و بافت طبیعی جفت، توالی کل ژنوم دادند. داده برای 3 گروه اصلی جهش تحلیل شد: تک‌نوکلئوتیدی سوماتیک (SNV)، درج/حذف کوچک (indel) و تغییر تعداد نسخه و بازآرایی بزرگ ساختاری (SV).

فهرست شامل > 43 میلیون SNV، > 400.000 چندنوکلئوتیدی سوماتیک، > 2.4 میلیون indel، نزدیک 290.000 SV، > 19.000 رتروترانسپوزیشن و > 8000 جهش نوپدید DNA میتوکندری بود. بار جهش میان بیمار و نوع ناهمگون بود.

فهرست‌کردن و شناخت جهش راننده هدف مهم جامعه پژوهش سرطان در دو دهه بوده است. باوجود تعداد محدود راننده، هزاران یا ده‌ها هزار ترکیب ممکن وجود دارد.

پژوهشگران در % 91 سرطان‌ها حداقل یک راننده قابل‌شناسایی یافتند؛ هر تومور 4.6 راننده داشت. برای حدود % 5 سرطان‌ها هیچ راننده‌ای گزارش نشد.

با تفکیک نوع، SV راننده (واریانت ساختاری) در آدنوکارسینوم پستان و تخمدان بیشتر بود. جهش نقطه‌ای راننده در آدنوکارسینوم کولورکتال و لنفوم B بالغ مهم بود. ژن سرکوبگر تومور راننده‌های زیادی با غیرفعال‌سازی دوطرفه داشت: TP53در % 77 هر دو آلل جهش داشتند.

در کلیه کروموفوب و سرطان نورواندوکرین پانکراس بیماران، که تومورهای دارای آنیوپلوئیدی کروموزومی چشمگیرند، جهش راننده سرطان دیده نشد. PCAWG پژوهشگران: «ترکیب خاص افزایش و کاهش کل کروموزوم بدون راننده هدفمندتر شاید برای آغاز سرطان کافی باشد» گفتند.

علت پاسخ کاملاً متفاوت دو بیمار هم‌تشخیص، ژنتیک متفاوت تومور است.

علت در ژنوم تومور نوشته است. یافته چشمگیر تفاوت فراوان ژنوم سرطان یک فرد با دیگری است؛ هزاران ترکیب جهش سرطان‌زا و بیش از 80 فرایند متفاوت…

حدود % 5 سرطان‌ها سرطان با منشأ نامعلوم (carcinoma of unknown origin) تشخیص می‌گیرند. الگو و ژن متأثر کمک می‌کند نوع پیدا شود.

نگاه نزدیک به جهش غیرکدکننده

تحلیل راننده غیرکدکننده، NEAT1 و MALAT1 بلند غیرکدکننده RNAمانند راننده‌های غیرکدکننده قبلی را می‌پرسد و هم‌زمان موارد جدید را آشکار می‌کند.

PCAWG در پروموتر TERT نقاط داغ تک‌محلیِ همراه بیان بیشتر پیدا کرد (پروموترقطعه DNA آغازگر رونویسی است).

TOB1 در معده و پستان اثر داشت.

با جهش پروموتر TP53، جهش اضافی کدکننده نبود؛ نخستین نشانه غیرفعال‌سازی قوی TP53 با غیرکدکننده.

پژوهشگران واریانت ساختاری تازه نامزد حفظ سرطان نیز گزارش کردند، مانند بازآرایی‌های شامل ژن‌های AKR1C و BRD4.

بااین‌حال راننده‌های غیرکدکننده رخداد نادر بودند. به گفته پژوهشگران داده بزرگ‌تر و پیشرفت فناوری همچنان موارد تازه را، هرچند با فراوانی بسیار کمتر از راننده پروتئین‌کدکننده، شناسایی خواهد کرد.

ساعت مولکولی

پژوهشگران همچنین بررسی کردند جهش‌ها در تکامل سرطان زود یا دیر رخ داده‌اند. مفهوم ساعت مولکولیبا تعیین کلونال‌بودن (رخداد در همه کلون‌های سرطان) یا ساب‌کلونال‌بودن (بخشی از کلون‌ها)، و اینکه رخداد کلونال پیش از ساب‌کلونال بوده یا نه، بررسی شد.

در 2583 نمونه از 47 میلیون جهش، % 22 کلونال زود، % 7 دیر، % 53 نامعین کلونال و % 17 نامعین ساب‌کلونال بود. در 453 ژن راننده، % 29 زود، % 5 دیر، % 56 نامعین کلونال و % 8 ساب‌کلونال از 5913 نقطه انکوژنیک بود.

راننده‌ها KRAS ، TP53 و PIK3CA و راننده غیرکدکننده TERT رخداد زودرس تکامل سرطان دانسته شدند. پژوهشگران گفتند امضای جهشی در % 40 تومور با زمان تغییر می‌کند.

پزشک چگونه از این ثروت استفاده کند؟

«پروژه پان‌سرطان نقشه راه جمع‌آوری و تحلیل ژنوم را می‌دهد. فرایندهای استانداردشده باکیفیتی برای تحلیل و ارائه یکپارچه آن‌ها توسعه دادیم.» دکتر Lincoln D. Stein از رهبران در نشست گفت. «مسیرهای اگزوم یافت شد و راه‌های بیشتری برای توسعه آن‌ها پیدا کردیم.» اضافه کرد.

با شناخت بهتر اینکه کدام مسیر سیگنال / رشد و ژن‌های تغییرکرده در سرطان، تغییرات تومور بیمار را دقیق‌تر خواهیم دید. در نتیجه می‌توانیم درمان هدفمندتر ممکن می‌شود.

قبلاً با فقط اگزوم درباره ژنوم حدود یک‌سوم بیمار در تاریکی بودیم و برای سرطان‌شناسی دقیق اطلاعی نداشتیم.

بااین‌حال محدودیت مهم مطالعات، نبود داده بالینی مرتبط‌کننده اطلاعات با درمان‌های بیماران است.

پروژه جاری پروژه ICGC ARGO برای رفع آن کنار انتشارات PCAWG، داده بالینی و ژنوم 100.000 بیمار را جمع می‌کند.

پس از گردآوری داده کافی پیونددهنده ژنوم و پیامد بالینی، برای کمک به پزشک در انتخاب بهتر درمان با اطلاعات مولکولی و ژنومی بیمار، یادگیری ماشین و پشتیبانی تصمیم ساخته می‌شود.

بااین‌حال آزمون ژنوم به‌زودی در هر کلینیک در دسترس نیست. برخلاف پنل چندژنی کنونی، فرایندهای آزمایشگاهی و استانداردسازی توالی کل ژنوم باید به مراکز آزمون ژنتیک منتقل شود.

هزینه راه‌اندازی ابزارهای ژنتیکی جدید و تحلیل داده حاصل نیز هست. اکنون گران است، اما زمان هزینه را کم می‌کند. فردا وارد استفاده نمی‌شود، ولی چند سال دیگر آسان‌تر قابل‌استفاده خواهد بود.

موضوع مرتبط:

- توالی‌یابی نسل جدید (Next-Generation Sequencing, NGS) چیست؟ کاربرد سرطان‌شناسی