მომავლის კიბოს მკურნალობის უმნიშვნელოვანესი ეტაპი: მუტაციების კატალოგი

კიბოს მთელი გენომის ანალიზის ან მთელი გენომების პანკიბოს ანალიზის (Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes, PCAWG) პროექტის მეცნიერებმა გამოაქვეყნეს უპრეცედენტო მონაცემები, რომლებშიც კიბოს 2600-ზე მეტი გენომის მუტაციური მოვლენები გააანალიზეს. სიმსივნის 38 ძირითად ტიპში დააკატალოგეს და გააერთიანეს გენომის როგორც მაკოდირებელი, ისე არამაკოდირებელი უბნების კიბოსთან დაკავშირებული მუტაციების ფართო სურათი და ამ ინფორმაციით შესაბამისი ბიოლოგიური გზები განსაზღვრეს.

რა არის გენომი?

გენომი დნმ-ში არსებული ყველა ინსტრუქციის ერთობლიობაა. თითოეული უჯრედის ბირთვში დნმ-ის 2 ასლია, ერთი დედისგან და მეორე მამისგან. დნმ განსაკუთრებული დაკეცვით / შეფუთვით ქრომოსომებს ქმნის. უჯრედებში შეფუთული დნმ-ის სპირალების შემცველი 46 ქრომოსომაა (23 დედისგან და 23 მამისგან).

მთელი გენომების პანკიბოს ანალიზის პროექტის შეჯამება:

• კიბოს თითოეულ გენომში დაახლოებით ხუთი დრაივერული მუტაცია განისაზღვრა (% 5-ში დრაივერული მუტაცია არ იყო).
• დრაივერული მუტაციების უმრავლესობა გენომის მაკოდირებელ უბანში აღმოჩნდა.
• „მოლეკულურ საათს“ შეუძლია განსაზღვროს, რომელი მუტაცია მოხდა კიბოს ევოლუციის ადრეულ ეტაპზე.
• გენეტიკური მუტაციების ნიმუშები კიბოს ტიპის დადგენას შეიძლება დაეხმაროს (ეს ექიმს უცნობი პირველადი კერის / წარმოშობის კიბოს ამოცნობაში დაეხმარება).

37 ქვეყნის 1300-ზე მეტი მეცნიერისა და ექიმის ერთობლივმა ძალისხმევამ Nature -სა და მის მონათესავე ჟურნალებში ერთდროულად გამოქვეყნებული 23 სამეცნიერო სტატია წარმოშვა.

მთელი გენომების პანკიბოს ანალიზის მონაცემები მსოფლიოს ყველა კიბოს მკვლევრისთვის ხელმისაწვდომია. ასეთი ფართო ხელმისაწვდომობა და ხარისხი თითქმის უეჭველად ბიოლოგიური ცოდნისა და მეთოდოლოგიური პროგრესის ტალღას წარმოქმნის.

მაგალითად, მკვლევრების მიერ მუტაციების ადრეული თუ გვიანი წარმოქმნის შემსწავლელი მოლეკულური საათების კვლევა მომავალში კიბოს ადრეული დიაგნოსტიკისა ან პრევენციის სტრატეგიებისთვის სასარგებლო შეიძლება იყოს.

ზოგადად კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ კიბოს დიაგნოზამდე წლებით ადრე წარმოქმნილი დრაივერული მუტაციები ადრეული დიაგნოსტიკისა და ბიომარკერების განვითარებისთვის შეიძლება მნიშვნელოვანი იყოს. კიბოს წარმოქმნაში გადამწყვეტი დრაივერული მუტაციები დიაგნოზამდე წლებით ადრე შეიძლება გაჩნდეს, რაც ადრეული გამოვლენისთვის გამოსადეგია.

თუმცა არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ მთელი გენომის ანალიზის მსგავსი დასკვნითი ანალიზები, მიუხედავად კიბოს უფრო ღრმა გაგებისა, ჩვეულებრივ მეტ სირთულესაც უკავშირდება.

მთელი გენომების პანკიბოს ანალიზი – დნმ-ის მაკოდირებელი და არამაკოდირებელი უბნები

მთელი გენომების პანკიბოს ანალიზის (PCAWG) კვლევიდან მიღებული ინფორმაცია და ახალი გაგება კლასიკური მთელი ეგზომის სეკვენირებისგან განსხვავდება.

შენიშვნა: ეგზომი, დნმ-ის ცილის მაკოდირებელი ეგზონებად წოდებული უბნების ერთობლიობაა და დნმ-ის მხოლოდ %1-ს შეადგენს; ეს ცილის მაკოდირებელ 20 ათას გენს შეესაბამება. ანუ მთელი ეგზომის ანალიზი დნმ-ის მხოლოდ %2-ში არსებულ მუტაციებს აანალიზებს. ინტრონები კი დნმ-ის არამაკოდირებელი უბნებია და სულ ახლახანაც კი junk („ნაგავი“, უმნიშვნელო) დნმ ეწოდებოდა.

აქამდე გამოყენებული კიბოს ყველა მიზნობრივი პრეპარატი, შემუშავდა მთელი ეგზომის სეკვენირებით მიღებული დნმ-ის თანმიმდევრობების საფუძველზე, რომლებიც გენომის მხოლოდ %1-ს წარმოადგენს. ახლა არამაკოდირებელი უბნების ჩართვით მოცვა %100-მდე გაიზარდა.

პროექტის როგორც ნედლი, ისე დამუშავებული და ინტერპრეტირებული მონაცემები სხვა მკვლევრებისთვის მომდევნო წლების განმავლობაშიც ინფორმაციის მისაწოდებლად PCAWG-ის ვებგვერდზე ონლაინ არის წარმოდგენილი.

პანკიბოს ანალიზი

საერთოკიბოს ანალიზისთვის გამოიყენეს 2605 ძირითადი სიმსივნისა და 173 მეტასტაზის ან ადგილობრივი რეციდივის სიმსივნური და შესაბამისი ნორმალური ქსოვილის მთელი გენომის სეკვენირების მონაცემები. მონაცემები მუტაციების 3 ძირითადი ჯგუფისთვის გააანალიზეს: სომატური ერთნუკლეოტიდიანი ვარიანტები (SNV); მცირე ჩასმები და წაშლები (ინდელები); და დნმ-ის დიდი მონაკვეთების გადაჯგუფებები — ასლების რაოდენობის ცვლილებები და სტრუქტურული ვარიანტები (SV).

შთამბეჭდავმა კატალოგიზაციამ გამოავლინა > 43 მილიონი SNV, > 400.000 სომატური მრავალბირთვიანი ვარიანტი, > 2.4 მილიონი სომატური ინდელი, დაახლოებით 290.000 სომატური SV, > 19.000 სომატური რეტროტრანსპოზიციის მოვლენა და > 8000 de novo მიტოქონდრიული დნმ-ის მუტაცია. ანალიზმა სიმსივნის ტიპებსა და პაციენტებს შორის სომატური მუტაციური დატვირთვის მნიშვნელოვანი ჰეტეროგენულობა აჩვენა.

დრაივერული მუტაციების კატალოგიზაცია და გაგება ბოლო ოცი წლის კიბოს კვლევების მნიშვნელოვანი მიზანია. მათი რაოდენობა შეზღუდულია, თუმცა ამ დრაივერების ათასობით ან ათიათასობით კომბინაცია არსებობს.

მკვლევრებმა დაადგინეს, რომ კიბოების % 91-ს სულ მცირე ერთი ამოსაცნობი დრაივერული მუტაცია აქვს; თითო სიმსივნეში 4.6 დრაივერული მუტაცია იყო. დაახლოებით % 5-ში არცერთი დრაივერული მუტაცია არ აღწერილა.

სიმსივნის ტიპების მიხედვით დრაივერული SV-ები (სტრუქტურული ვარიანტები) ძუძუსა და საკვერცხის ადენოკარცინომებში უფრო ხშირი იყო. წერტილოვანი დრაივერული მუტაციები კოლორექტულ ადენოკარცინომებსა და მომწიფებულ B-უჯრედულ ლიმფომებში მნიშვნელოვან როლს ასრულებდა. სიმსივნის დამთრგუნველ გენებთან დაკავშირებული მრავალი დრაივერული მუტაცია ორივე ასლს აუქმებდა: TP53-ში მუტაციების % 77-ის დროს ორივე ალელი მუტირებული იყო.

ქრომოფობული თირკმელუჯრედოვანი კარცინომისა და პანკრეასის ნეიროენდოკრინული კიბოს მქონე პაციენტებში — მნიშვნელოვან ქრომოსომულ ანეუპლოიდიასთან დაკავშირებულ სიმსივნეებში — კიბოს დრაივერული მუტაციები არ გამოვლინდა. PCAWG მკვლევრებმა ეს ასე აღწერეს: „მთლიანი ქრომოსომების მატებისა და დაკარგვის გარკვეული კომბინაციები უფრო სპეციფიკური დრაივერული მუტაციების გარეშე შეიძლება კიბოს დასაწყებად საკმარისი იყოს.“ ასე განმარტეს მათ.

ერთი დიაგნოზის მქონე ორ პაციენტში მკურნალობაზე სრულიად განსხვავებულ პასუხს სიმსივნეების გენეტიკური განსხვავებები განაპირობებს.

ამის მიზეზები სიმსივნის გენომშია ჩაწერილი. გასაოცარია, რამდენად განსხვავდება ერთი ადამიანის კიბოს გენომი მეორისგან — კიბოს გამომწვევი მუტაციების ათასობით კომბინაცია და 80-ზე მეტი განსხვავებული პროცესი...

ყველა კიბოს დაახლოებით % 5-ს უცნობი პირველადი კერის კიბოს (carcinoma of unknown origin) დიაგნოზი აქვს. მუტაციების ნიმუშები და დაზიანებული გენები შეიძლება კიბოს ტიპის განსაზღვრაში დაგვეხმაროს.

არამაკოდირებელი უბნების მუტაციების ახლო განხილვა

არამაკოდირებელი სომატური დრაივერების ანალიზი NEAT1 და MALAT1 გრძელი არამაკოდირებელი RNA-ების მსგავსი ადრე აღწერილი არამაკოდირებელი დრაივერების არსებობას ამოწმებს და ამავდროულად ახალ დრაივერებსაც ავლენს.

PCAWG მკვლევრებმა TERT პრომოტერში ერთუბნიანი ცხელი წერტილები იპოვეს, რომლებიც TERT-ის მაღალ ექსპრესიას უკავშირდება (პრომოტერი, დნმ-ის მონაკვეთია, რომელიც გენების ტრანსკრიფციას იწყებს).

TOB1-ს კუჭისა და ძუძუს კიბოსთვის მნიშვნელობა ჰქონდა.

როცა TP53-ის პრომოტერის მუტაციები აღირიცხა, მაკოდირებელ უბანში დამატებითი მუტაციები არ ყოფილა; ეს პირველად მიანიშნებს არამაკოდირებელი მუტაციებით TP53-ის ძლიერ ინაქტივაციაზე.

მკვლევრებმა ასევე აღწერეს ონკოგენეზის (სიმსივნური გარდაქმნის) ხელშემწყობი ახალი კანდიდატი სტრუქტურული მუტაციები, მაგალითად, AKR1C გენებისა და BRD4-ის შემცველი გადაჯგუფებები.

თუმცა არამაკოდირებელი დრაივერული მუტაციები იშვიათი აღმოჩნდა. მკვლევრების აზრით, უფრო დიდი მონაცემები და ტექნოლოგიური პროგრესი კვლავ გამოავლენს ახალ არამაკოდირებელ დრაივერებს, თუნდაც ცილის მაკოდირებლებზე ბევრად ნაკლები სიხშირით.

მოლეკულური საათები

მკვლევრებმა ასევე შეისწავლეს, მუტაციები კიბოს ევოლუციის დასაწყისში ჩნდება თუ გვიან. მოლეკულური საათის ცნება, განხილულია იმის განსაზღვრით, მუტაცია კლონურია (ყველა სიმსივნურ კლონშია) თუ სუბკლონური (კლონების ნაწილშია) და წინ უსწრებს თუ არა კლონური მოვლენა სუბკლონურს.

2583 ნიმუშში აღმოჩენილი 47 მილიონი წერტილოვანი მუტაციის % 22 ადრეული კლონური მოვლენა იყო; % 7 — გვიანი კლონური; % 53 — განუსაზღვრელი კლონური და % 17 — განუსაზღვრელი სუბკლონური. 453 კიბოს დრაივერული გენის პანელში განსაზღვრეს % 29 ადრეული კლონური, % 5 გვიანი კლონური, % 56 განუსაზღვრელი კლონური და % 8 სუბკლონური მოვლენის შემცველი 5913 ონკოგენური წერტილოვანი მუტაცია.

დრაივერული მუტაციები KRAS , TP53 და PIK3CA და არამაკოდირებელი დრაივერებიდან TERT კიბოს განვითარების ადრეულ მოვლენებად ჩაითვალა. მკვლევრებმა აღნიშნეს, რომ მუტაციური ხელწერა სიმსივნეების % 40-ში დროთა განმავლობაში იცვლებოდა.

როგორ უნდა გამოიყენოს ექიმმა ინფორმაციის ეს სიმდიდრე?

„პანკიბოს პროექტი გენომების შეგროვებისა და ანალიზის გზამკვლევს გვთავაზობს. შევიმუშავეთ მაღალი ხარისხის სტანდარტული პროცესები გენომების გასაანალიზებლად და ერთიანად წარმოსადგენად“, ამბობს პროექტის ერთ-ერთი ხელმძღვანელი, დოქტორი Lincoln D. Stein პრესკონფერენციაზე. „პროექტში აღმოვაჩინეთ იგივე გზები, რასაც ეგზომის სეკვენირება ავლენდა, და ამ გზების გასავითარებლად კიდევ ბევრი შესაძლებლობა ვიპოვეთ“, ამატებს იგი.

გარდა ამისა, კონკრეტულ კიბოში შეცვლილი სასიგნალო / ზრდის გზებისა და გენების გაგების გაუმჯობესებით პაციენტის სიმსივნურ ცვლილებებს უფრო ზუსტად დავინახავთ. ამ გზით უფრო მიზნობრივ მკურნალობას გამოვიყენებთ.

მანამდე, მხოლოდ ეგზომის თანმიმდევრობის განხილვისას, კლინიკაში მოსულ პაციენტთა დაახლოებით მესამედის სიმსივნის გენომზე სიბნელეში ვიქნებოდით. ზუსტი ონკოლოგიის გასაგრძელებლად არანაირი ინფორმაცია არ გვექნებოდა.

თუმცა ამ კვლევების მნიშვნელოვანი შეზღუდვა მკურნალობასთან დაკავშირებული კლინიკური მონაცემების არარსებობაა.

მიმდინარე ICGC ARGO პროექტი სწორედ ამ ნაკლის შესავსებად მუშაობს. PCAWG-ის პუბლიკაციებთან ერთად ისინი 100.000 კიბოს პაციენტის კლინიკურ და გენომურ მონაცემებს აგროვებენ.

გენომურ მონაცემებსა და კლინიკურ შედეგებს შორის კავშირის საკმარისი ინფორმაციის შეგროვების შემდეგ დაიწყება ექიმისთვის მოლეკულური და გენომური ინფორმაციით უკეთესი მკურნალობის ასარჩევად დამხმარე მანქანური სწავლებისა და გადაწყვეტილების მხარდაჭერის სისტემების შექმნა.

თუმცა კიბოს გენომის ტესტი მალე ყველა ონკოლოგიურ კლინიკაში ვერ გამოიყენება. არსებული მრავალგენიანი პანელებისგან განსხვავებით, მთელი გენომის სეკვენირების ლაბორატორიული პროცესებისა და სტანდარტიზაციის გენეტიკურ ცენტრებში გადატანა იქნება საჭირო.

ასევე არსებობს ახალი გენეტიკური ინსტრუმენტების მუშაობისა და მიღებული მონაცემების ანალიზის ხარჯი. ახლა ძალიან ძვირია, მაგრამ დროთა განმავლობაში გაიაფდება. ტექნოლოგია ხვალვე არ დაინერგება, თუმცა რამდენიმე წელიწადში უფრო ადვილად ხელმისაწვდომი გახდება.

დაკავშირებული თემა:

- რა არის ახალი თაობის სეკვენირება (Next-Generation Sequencing, NGS)? გამოყენება ონკოლოგიაში