Przewodnik po genomice dla średniozaawansowanych – zmiany prowadzące do nowotworów.

Diagnostyka genomowa nowotworów

Choroby nowotworowe są jedną z najczęstszych przyczyn zgonów na świecie, a liczba chorych z roku na rok wzrasta. Ich powstawanie jest skutkiem wydłużania się średniej długości życia oraz narażenia na wszechobecne czynniki mutagenne. Stąd badania nad powstawaniem, diagnozowaniem i leczeniem nowotworów budzą tak ogromne zainteresowanie.

W świetle dzisiejszych doniesień naukowych możemy powiedzieć, że nowotwór to choroba genomu wynikająca z nagromadzenia się błędów w informacji genetycznej, czyli w naszym DNA. W wyniku tych zmian powstają komórki, które zaczynają się dzielić w sposób niekontrolowany, tracą właściwą organizację tkankową i przestają spełniać swoje naturalne funkcje. Ich dalszy, nieregulowany wzrost prowadzi do powstania nowotworu.

Czym różni się wariant genetyczny od mutacji?

Zjawisko pojawiania się błędów w sekwencji materiału genetycznego nie zawsze jest negatywne i leży u podstaw zmienności genetycznej organizmów, to właśnie dzięki nim możliwa jest ewolucja biologiczna. Takie błędy nazywamy wariantami genetycznymi. Niestety, niektóre warianty mogą mieć negatywny wpływ na dalsze funkcjonowanie komórki lub funkcję białek. Zwyczajowo nazywano je mutacjami
(łac. mutatio – zmiana).Obecnie, ze względu na liczne kontrowersje i nieporozumienia związane z terminem „mutacja”, wytyczne American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG; organizacji tworzącej obowiązujące standardy nomenklatury stosowanej w genetyce klinicznej) zakładają stosowanie 5 stopniowej skali dla określenia patogenności wariantów genetycznych:


1) patogenny, 2) prawdopodobnie patogenny, 3) o nieokreślonym znaczeniu,
4) prawdopodobnie łagodny i 5) łagodny.

Za warianty mające znaczenie kliniczne uznaje się obecnie jedynie te określane jako patogenne i prawdopodobnie patogenne.

sekwencja DNA - wariant patogenny

Warianty genetyczne mogą powstawać spontanicznie np. na skutek błędów w procesie replikacji lub nieprawidłowego działania mechanizmów naprawy DNA. Mogą również być wywołane czynnikami środowiskowymi, takimi jak dym papierosowy, światło słoneczne (promieniowanie UV) czy środki chemiczne. Część z nich towarzyszy nam od milionów lat – to dzięki nim różnimy się kolorem włosów, kształtem dłoni i innymi cechami, które czynią nas różnymi od siebie.

Rodzaje zmian w DNA

Rozróżniamy dwa rodzaje zmian w DNA:

Zmiany genowe zachodzące w obrębie jednego genu:

• mutacje punktowe - zastępowanie jednej zasady azotowej inną zasadą
• insercje - wstawienie jednej lub kilku par nukleotydów
• delecje - wypadnięcie jednej lub kilku par nukleotydów

Mogą one również występować w regionach międzygenowych i miejscach splicingowych (znajdujące się na złączach intron – ekson). Mają one ogromny wpływ na ekspresję danego genów lub mogą spowodować, że kodowane przez dany gen białko w ogóle nie powstanie.

Zmiany zachodzące na poziomie chromosomalnym

• aberracje chromosomalne (deficjencje, duplikacje, inwersje, translokacje i itd.)
• zmiany liczby kopii chromosomów (trisomie, monosomie, poliploidie, fuzje itd.)

Warianty germinalne – ‘dziedziczne’

Jeśli do zmian w DNA dojdzie w komórkach rozrodczych, wówczas zostanie on przekazany potomstwu. Odziedziczony wariant genetyczny będzie występować we wszystkich komórkach nowo powstałego organizmu. Takie warianty są przekazywane dalej z pokolenia na pokolenie i nazywamy je wariantami germinalnymi. Zdecydowana większość z nich jest łagodna i bez znaczenia dla funkcjonowania organizmu, jednak niewielka część może odpowiadać za rozwój rzadkich chorób genetycznych oraz predysponować do rozwoju nowotworów.

Przyjmuje się, że wśród chorób nowotworowych około 5-10 % spowodowana jest tego rodzaju patogennymi wariantami germinalnymi (szczególnie w genach APC, BRCA1/2, MSH2/6, TP53 itp.)
Sama predyspozycja do nowotworu nie oznacza jednak, że choroba na pewno wystąpi, ale daje sygnał o konieczności częstszej i ukierunkowanej diagnostyki, w celu wykrycia ewentualnych zmian jeszcze w stadium przednowotworowym. Konieczne jest także zrewidowanie tzw. czynników środowiskowych. Mowa tutaj o czynnikach, które zwiększają ryzyko wystąpienia nowotworów takich jak palenie papierosów, niewłaściwa dieta czy niezdrowy styl życia.

Badania genetyczne powinny wykonać zwłaszcza osoby, u których w rodzinie występowały potwierdzone choroby nowotworowe. Szczególnie w sytuacjach, kiedy chorowało kilku członków rodziny, choroba u krewnych pojawiła się w dość młodym wieku oraz stwierdzono pewne wyjątkowe cechy zachorowania np.: rak piersi u mężczyzn, obustronne zajęcie narządów parzystych lub zachorowania synchroniczne (dwa niezależne ogniska nowotworowe w jednym narządzie).

Określamy je często bardzo ogólnie jako „niezdrowy tryb życia”. Spora część z nich należy do naszych niechlubnych nawyków, takich jak palenie tytoniu, picie alkoholu, niewłaściwa dieta czy brak ruchu.

Inne zależą od czynników zewnętrznych związanych ze środowiskiem, w którym żyjemy, choćby jego ogromne zanieczyszczenie, smog czy spaliny w powietrzu. Ponadto w przypadku nowotworów skóry szczególne znaczenie ma długotrwała ekspozycja na światło słoneczne (a dokładnie na promieniowanie ultrafioletowe), przed którym powinniśmy chronić się przez stosowanie filtrów ochronnych.

Czy wiesz, jakie czynniki
środowiskowe
przyczyniają się
do powstawania
nowotworu? 

Warianty somatyczne – ‘nabyte’

Znaczna większość wariantów patogennych prowadzących do powstawania nowotworu nie jest dziedziczna, tylko spowodowana przez przypadkowy błąd podczas podziału komórki albo poprzez inne czynniki wewnętrzne lub zewnętrzne.

Takie warianty, które obecne są tylko w jednej komórce naszego organizmu nazywamy somatycznymi. Powstają one nieustannie w ciągu życia i zazwyczaj nie wyrządzają szkody.

Nasz organizm broni się przed nimi samodzielnie, wychwytując je i naprawiając lub przekierowując uszkodzoną komórkę na drogę apoptozy, czyli zaprogramowanej śmierci. Jednak, gdy obecność danego wariantu (mutacji) uszkodzi istotny gen odpowiedzialny za naprawę DNA czy regulację cyklu komórkowego, wówczas może dojść do wyłączenia tych ważnych systemów zabezpieczających.

Taka komórka będzie akumulować kolejne warianty somatyczne (zarówno łagodne jak i patogenne), dzieląc się co raz szybciej i szybciej. Kolejne geny będą wyłączane lub rozregulowane, aż ostatecznie dojdzie przekształcenia takiej komórki w komórkę nowotworową. Będzie się ona dalej namnażać powodując rozrost nowotworu, a w niektórych przypadkach również naciekanie na okoliczne tkanki. Konsekwencją tych zmian w zaawansowanym stadium mogą być odległe przerzuty.

Diagnostyka mutacji

Najnowocześniejszą metodą diagnostyczną umożliwiającą wykrywanie wariantów genetycznych i innych zmian w materiale genetycznym jest technika sekwencjonowania całogenomowego, czyli WGS (ang. Whole Genome Sequencing). Daje ona możliwość analizowania całej sekwencji genomu – wszystkich genów, intronów oraz rejonów międzygenowych i regulatorowych w jednym teście diagnostycznym.

WGS służy zarówno do oceny prawdopodobieństwa zachorowania w przypadku dziedzicznych mutacji genetycznych (patogennych wariantów germinalnych), pozwala także na precyzyjną analizę historii rozwoju nowotworu i dobór leczenia spersonalizowanego (analiza wariantów somatycznych).

W przypadku wykrywania wariantów germinalnych materiałem do badania jest próbka krwi. Ze względu na występowanie zmienionego materiału genetycznego już w momencie przekazania go potomstwu przez rodziców, informacja o odziedziczonym wariancie występuje w każdej komórce ciała.

Znacznie trudniej przeanalizować materiał genetyczny w przypadku wariantów somatycznych, ponieważ występują one tylko w niektórych tkankach organizmu, nie są dziedziczne i akumulują się w trakcie życia. Wtedy do badań wykorzystujemy dwie próbki pochodzące od danego pacjenta, z czego jedną jest wycinek nowotworu pobrany w czasie operacji lub biopsji, a drugą jest krew obwodowa pacjenta (tzw. próbka kontrolna).

Po izolacji materiału genetycznego, DNA z obu próbek jest sekwencjonowany i porównywany, po to, aby wyodrębnić zmiany obecne jedynie w materiale nowotworowym. Dzięki takiej analizie możemy dokładnie określić miejsce zmiany genetycznej w chromosomie i tym samym dobrać odpowiedni, spersonalizowany rodzaj leczenia, co znacznie zwiększa efektywność terapii.

Podobał Ci się ten artykuł? Przeczytaj również:

Wirus SARS-CoV-2. Genetyka i diagnostyka dla wtajemniczonych.
Od odczytów do wariantów, czyli jak wygląda poszukiwanie zmian w DNA.