Onkogenomia - Oncogenomics

Oncogenomics on osa-alalla genomiikan , joka on ominaista syöpä -associated geenejä . Se keskittyy syövän genomisiin, epigenomisiin ja transkriptimuutoksiin.

Syöpä on geneettinen sairaus, joka johtuu DNA -mutaatioiden kertymisestä ja epigeneettisistä muutoksista, jotka johtavat rajoittamattomaan solujen lisääntymiseen ja kasvainten muodostumiseen. Onkogenomian tavoitteena on tunnistaa uusia onkogeenejä tai tuumorisuppressorigeenejä, jotka voivat tarjota uutta tietoa syövän diagnosoinnista, ennustaa syövän kliinistä lopputulosta ja uusia kohteita syöpähoidoille. Kohdennettujen syöpähoitojen, kuten Gleevecin , Herceptinin ja Avastinin, menestys herätti toivoa onkogenomiasta selvittää uusia tavoitteita syövän hoidossa.

Onkogenomian yleiset tavoitteet

Sen lisäksi, että ymmärretään taustalla olevat geneettiset mekanismit, jotka käynnistävät tai edistävät syövän etenemistä, onkogenomiikka tähtää yksilölliseen syövän hoitoon. Syöpä kehittyy satunnaisesti kertyvien DNA -mutaatioiden ja epigeneettisten muutosten vuoksi. Mutaatioiden tunnistaminen ja kohdistaminen yksittäiselle potilaalle voi lisätä hoidon tehokkuutta.

Ihmisen genomiprojektin valmistuminen helpotti onkogenomiikan alaa ja lisäsi tutkijoiden kykyä löytää onkogeenejä. Onkogenomian tutkimukseen on sovellettu sekvensointitekniikoita ja maailmanlaajuisia metylaatioprofilointitekniikoita.

Historia

Genomiikan aikakausi alkoi 1990 -luvulla, jolloin syntyi monien organismien DNA -sekvenssejä. Ihmisen genomiprojektin valmistuminen mahdollisti 2000 -luvulla toiminnallisen genomiikan tutkimisen ja kasvaingenomien tutkinnan. Syöpä on pääpaino.

Epigenomics aika pitkälti alkoi äskettäin, noin 2000. Yksi merkittävä lähde epigeneettisten muutos on muuttunut metylaatio CpG-saarekkeiden on promoottori -alueen geenien (katso DNA: n metylaation syövän ). Useat äskettäin kehitetyt menetelmät voivat arvioida DNA: n metylaatiotilan syövissä verrattuna normaaleihin kudoksiin. Jotkut menetelmät arvioivat CpG: iden metylaatiota, jotka sijaitsevat eri lokusluokissa, mukaan lukien CpG -saaret, rannat ja hyllyt sekä promoottorit, geenikehot ja intergeeniset alueet. Syöpä on myös epigeneettisten tutkimusten pääkohde.

Pääsy koko syövän genomin sekvensointiin on tärkeää syövän (tai syövän genomin) tutkimukselle, koska:

Mutaatiot ovat välitön syy syöpään ja määrittävät kasvaimen fenotyypin .
Pääsy syöpä- ja normaaleihin kudosnäytteisiin samalta potilaalta ja se, että useimmat syöpämutaatiot edustavat somaattisia tapahtumia, mahdollistavat syöpäspesifisten mutaatioiden tunnistamisen.
Syöpämutaatiot ovat kumulatiivisia ja joskus liittyvät sairauden vaiheeseen. Metastaasit ja lääkeresistenssi erottuvat toisistaan.

Metylaatioprofiloinnin saatavuus on tärkeää syöpätutkimukselle, koska:

Epi-kuljettajat voivat yhdessä Mut-kuljettajien kanssa toimia välittöminä syöpien syinä
Syövän epimutaatiot ovat kumulatiivisia ja liittyvät joskus sairauden vaiheeseen

Koko genomin sekvensointi

Ensimmäinen syövän genomi sekvensoitiin vuonna 2008. Tässä tutkimuksessa sekvensoitiin tyypillinen akuutin myelooisen leukemian (AML) genomi ja sen normaali vastinegenomi, jotka saatiin samalta potilaalta. Vertailu paljasti kymmenen mutatoitunutta geeniä. Kaksi oli jo ajatellaan edistävän kasvaimen etenemiseen: sisäinen tandem päällekkäistä FLT3 -reseptorin tyrosiinikinaasi -geeni, joka aktivoi kinaasisignaloinnin ja liittyy huonoon ennusteeseen ja neljän emäksen insertio eksonissa 12 NPM1 geenin (NPMC). Näitä mutaatioita esiintyy 25-30 prosentissa AML-kasvaimista, ja niiden uskotaan edistävän taudin etenemistä pikemminkin kuin aiheuttavan sitä suoraan.

Loput 8 olivat uusia mutaatioita ja kaikki olivat yhden emäksen muutoksia: Neljä oli perheissä, jotka liittyvät vahvasti syövän patogeneesiin ( PTPRT , CDH24, PCLKC ja SLC15A1 ). Muilla neljällä ei ollut aiempaa yhteyttä syövän patogeneesiin. Heillä oli mahdollisia toimintoja aineenvaihduntareiteissä, jotka ehdottivat mekanismeja, joilla he voivat edistää syöpää (KNDC1, GPR124 , EB12, GRINC1B)

Nämä geenit ovat mukana reiteillä, joiden tiedetään edistävän syövän patogeneesiä, mutta ennen tätä tutkimusta useimmat eivät olisi olleet ehdokkaita kohdennetulle geeniterapialle. Tämä analyysi vahvisti koko syöpägenomin sekvensoinnin lähestymistavan somaattisten mutaatioiden tunnistamisessa ja normaalien ja kasvainsolujen genomien rinnakkaisen sekvensoinnin tärkeyden.

Vuonna 2011 sekvensoitiin poikkeuksellisen virtsarakon syöpäpotilaan genomi, jonka kasvain oli eliminoitu everolimuusilääkkeellä , mikä paljasti mutaatioita kahdessa geenissä, TSC1 ja NF2 . Mutaatiot häiritsivät mTOR: ta , everolimuusin estämää proteiinia, jolloin se pystyi lisääntymään ilman rajoituksia. Tämän seurauksena vuonna 2015 National Cancer Instituteissa luotiin Exceptional Responders Initiative. Aloite sallii tällaisille poikkeuksellisille potilaille (jotka ovat reagoineet positiivisesti vähintään kuuden kuukauden ajan syöpälääkkeeseen, joka yleensä epäonnistuu) genomiensa sekvensointi asiaankuuluvien mutaatioiden tunnistamiseksi. Kun muut potilaat on tunnistettu, ne voidaan seuloa näiden mutaatioiden varalta ja antaa heille lääke. Vuonna 2016 Tätä tarkoitusta varten vuonna 2015 aloitettiin valtakunnallinen syöpälääkekokeilu, johon osallistui jopa 2400 keskusta. Potilaat, joilla on sopivat mutaatiot, sovitetaan yhteen yli neljänkymmenen lääkkeen kanssa.

Vuonna 2014 Molekulaarisen onkologian keskus julkaisi MSK-IMPACT-testin, seulontatyökalun, joka etsii mutaatioita 341 syöpään liittyvässä geenissä. Vuoteen 2015 mennessä yli viisi tuhatta potilasta oli seulottu. Potilaat, joilla on asianmukaiset mutaatiot, voivat osallistua kliinisiin tutkimuksiin, jotka tarjoavat kohdennettua hoitoa.

Teknologiat

Nykyisiä tekniikoita käytetään onkogenomiikassa.

Genomiikan tekniikoita ovat:

Genomin sekvensointi

DNA -sekvensointi : Pyrosekvensointiin perustuvat sekvensserit tarjoavat suhteellisen edullisen menetelmän sekvenssitietojen luomiseksi.
Matriisin vertaileva genomihybridisaatio : Tämä tekniikka mittaanormaalin ja syövän genomien väliset DNA -kopioiden lukumäärät . Se käyttää fluoresenssivoimakkuutta fluoresoivilla leimalla varustetuista näytteistä, jotka hybridisoidaan tunnettuihin koettimiin mikrosarjassa.
Esittävän oligonukleotidi microarray- analyysi : Tunnistus kopioluvun vaihtelu käyttämällä monistettiin restriktiopilkottu genomisia fragmentteja, jotka hybridisoituvat ihmisen oligonukleotideja, saavuttaa resoluutio välillä 30 ja 35 kbit / s.
Digitaalinen karyotyypitys : Havaitsee kopioiden lukumäärän vaihtelun käyttämällä genomiikan tunnisteita, jotka on saatu restriktioentsyymihajotusten kautta . Nämä tunnisteet linkitetään sitten ditageihin, ketjutetaan, kloonataan, sekvensoidaan ja kartoitetaan takaisin vertail genomiin tunnisteen tiheyden arvioimiseksi.
Bakteerien keinotekoisen kromosomin (BAC) lopullinen sekvensointi (loppujakson profilointi ) : Tunnistaa kromosomaaliset rajapisteet luomalla BAC-kirjaston syöpägenomista ja sekvensoimalla niiden päät. BAC -klooneilla, jotka sisältävät kromosomipoikkeavuuksia, on loppusekvenssit, jotka eivät vastaa vertail genomin samankaltaista aluetta ja tunnistavat siten kromosomaalisen murtumispisteen.

Transkriptiot

Mikrosäteet : Arvioi transkriptien runsaus. Hyödyllinen luokittelussa, ennusteessa, lisää mahdollisuutta erilaisiin hoitomenetelmiin ja auttaa tunnistamaan mutaatioita proteiinien koodausalueilla. Vaihtoehtoisten transkriptien suhteellisesta runsaudesta on tullut tärkeä piirre syöpätutkimuksessa. Erityiset vaihtoehtoiset transkriptiomuodot korreloivat tiettyjen syöpätyyppien kanssa.
RNA-sekvenssi

Bioinformatiikka ja onkogeenien toiminnallinen analyysi

Bioinformatiikan tekniikat mahdollistavat genomitietojen tilastollisen analyysin. Onkogeenien toiminnallisia ominaisuuksia ei ole vielä vahvistettu. Mahdollisia toimintoja ovat niiden muutoskyvyt, jotka liittyvät kasvaimen muodostumiseen ja erityiset roolit syövän kehityksen jokaisessa vaiheessa.

Somaattisten syöpämutaatioiden havaitsemisen jälkeen syöpänäytteiden ryhmässä voidaan suorittaa bioinformatiivisia laskennallisia analyysejä todennäköisten toiminnallisten ja todennäköisten kuljettajamutaatioiden tunnistamiseksi. Tätä tunnistamista varten käytetään rutiininomaisesti kolmea pääasiallista lähestymistapaa: mutaatioiden kartoittaminen, proteiinin tai säätelyelementin toiminnan mutaation vaikutuksen arviointi ja positiivisen valinnan merkkien löytäminen tuumoriryhmässä. Lähestymistavat eivät välttämättä ole peräkkäisiä, mutta eri lähestymistapojen elementtien välillä on tärkeitä etusijasuhteita. Jokaisessa vaiheessa käytetään erilaisia työkaluja.

Operomiikka

Operomics pyrkii yhdistämään genomiikan, transkriptiikan ja proteomiikan ymmärtämään syövän kehittymisen taustalla olevia molekyylimekanismeja.

Vertaileva onkogenomiikka

Vertaileva onkogenomiikka käyttää onkogeenien tunnistamiseen lajien välisiä vertailuja. Tähän tutkimukseen kuuluu syöpägenomien, transkriptomien ja proteomien tutkiminen malliorganismeissa, kuten hiirissä, mahdollisten onkogeenien tunnistaminen ja viittaaminen takaisin ihmisen syöpänäytteisiin sen selvittämiseksi, ovatko näiden onkogeenien homologit tärkeitä ihmisen syövän aiheuttamisessa. Hiirimallien geneettiset muutokset ovat samankaltaisia kuin ihmisten syövissä. Nämä mallit luodaan menetelmillä, mukaan lukien retrovirus -insertio -mutageneesi tai syöpäsolujen siirto.

Syöpäkuljettajamutaatioiden lähde, syöpämutageneesi

Mutaatiot tarjoavat raaka -aineen luonnolliselle valinnalle evoluutiossa, ja ne voivat johtua DNA: n replikaatiovirheistä, eksogeenisten mutageenien toiminnasta tai endogeenisistä DNA -vaurioista. Mutaatiot voivat vaurioittaa replikaation ja genomin ylläpidon koneistoa tai muuttaa niitä fysiologisten olosuhteiden ja syövän erilaisten ilmentymistasojen vuoksi (ks. Viitteet).

Kuten Gao et ai. Huomauttivat, DNA-vahinkovastejärjestelmä (DDR) ylläpitää ihmisen genomin vakautta ja eheyttä . Korjaamattomat DNA-vauriot ovat merkittävä syy mutaatioihin, jotka johtavat karsinogeneesiin. Jos DNA: n korjaus on puutteellista, DNA -vaurioilla on taipumus kerääntyä. Tällainen ylimääräinen DNA-vaurio voi lisätä mutaatiovirheitä DNA: n replikaation aikana virhealttiiden transleesiosynteesien vuoksi . Liiallinen DNA -vaurio voi myös lisätä epigeneettisiä muutoksia, jotka johtuvat virheistä DNA: n korjauksen aikana. Tällaiset mutaatiot ja epigeneettiset muutokset voivat aiheuttaa syöpää . DDR -geenejä tukahdutetaan usein ihmisen syövässä epigeneettisillä mekanismeilla. Tällainen tukahduttaminen voi sisältää promoottorialueiden DNA -metylaation tai DDR -geenien tukahduttamisen mikroRNA: lla. DDR -geenien epigeneettinen tukahduttaminen tapahtuu useammin kuin geenimutaatio monissa syöpätyypeissä ( ks.Syövän epigenetiikka ). Siten epigeneettisellä tukahduttamisella on usein mutaatiota tärkeämpi rooli DDR -geenien ilmentymisen vähentämisessä. Tämä DDR -geenien vähentynyt ilmentyminen on todennäköisesti tärkeä karsinogeneesin kuljettaja.

Nukleotidisekvenssin konteksti vaikuttaa mutaatiotodennäköisyyteen ja mutaatioiden (muuttuvien) DNA -motiivien analyysi voi olla välttämätöntä syövän mutageneesimekanismien ymmärtämiseksi. Tällaiset motiivit edustavat sormenjälkiä vuorovaikutuksesta DNA: n ja mutageenien välillä, DNA: n ja korjaus-/replikaatio-/modifikaatioentsyymien välillä. Esimerkkejä motiiveista ovat AID-motiivi WRCY/RGYW (W = A tai T, R = puriini ja Y = pyrimidiini), joissa on C-T/G/A-mutaatioita, ja virhealtis DNA-pol η, johon liittyy AID: hen liittyviä mutaatioita (A G/C/G) WA/TW -aiheina.

Toinen (agnostinen) tapa analysoida havaittuja mutaatiospektrejä ja kasvainten mutaatioiden DNA -sekvenssikonteksti sisältää kaikkien eri tyyppisten ja kontekstien mutaatioiden yhdistämisen syöpänäytteistä erilliseen jakaumaan. Jos saatavilla on useita syöpänäytteitä, niiden kontekstista riippuvat mutaatiot voidaan esittää ei-negatiivisen matriisin muodossa. Tämä matriisi voidaan hajottaa edelleen komponenteiksi (mutaatioallekirjoituksiksi), joiden pitäisi ideaalisesti kuvata yksittäisiä mutageenisia tekijöitä. Tämän hajoamisongelman ratkaisemiseksi on ehdotettu useita laskentamenetelmiä. Ensimmäinen ei-negatiivisen matriisin tekijä (NMF) -menetelmän toteutus on saatavilla Sanger Institute Mutational Signature Frameworkissa MATLAB-paketin muodossa. Toisaalta, jos mutaatioita on saatavilla vain yhdestä tuumorinäytteestä, DeconstructSigs R -paketti ja MutaGene -palvelin voivat tarjota tunnistuksen eri mutaatioallekirjoitusten vaikutuksista yksittäiselle tuumorinäytteelle. Lisäksi MutaGene-palvelin tarjoaa mutageeni- tai syöpäspesifisiä mutaatiotausta-malleja ja allekirjoituksia, joita voidaan käyttää odotetun DNA- ja proteiinikohdan muuttuvuuden laskemiseen.

Synteettinen tappavuus

Synteettinen tappavuus syntyy, kun kahden tai useamman geenin ilmentymisen puutteiden yhdistelmä johtaa solukuolemaan, kun taas puutos vain yhdessä näistä geeneistä ei johda. Puutteet voivat johtua mutaatioista, epigeneettisistä muutoksista tai jonkin geenin estäjistä.

Synteettisen kuolleisuuden terapeuttinen potentiaali tehokkaana syövänvastaisena strategiana paranee jatkuvasti. Viime aikoina synteettisen tappavuuden soveltuvuus kohdennettuun syöpähoitoon on lisääntynyt, koska tutkijat, kuten Ronald A.Depinho ja hänen kollegansa, ovat äskettäin tehneet työtä, jota kutsutaan " vakuuskuolleisuudeksi ". Muller et ai. havaitsi, että matkustajageenit, jotka ovat kromosomaalisesti lähellä tuumorisuppressorigeenejä, poistetaan vakuutena joissakin syövissä. Siten olennaisesti solutoimintoa suorittavien, kollateraalisesti poistettujen redundanttien geenien tunnistaminen voi olla käyttämätön säiliö synteettisen kuolleisuuden lähestymistavan käyttämiselle. Vakuuksien tappavuus sisältää siksi suuria mahdollisuuksia uusien ja selektiivisten terapeuttisten kohteiden tunnistamisessa onkologiassa. Vuonna 2012 Muller et ai. havaitsi, että redundanttisen välttämättömän glykolyyttisen ENO1- geenin homotsygoottinen deleetio ihmisen glioblastoomassa (GBM) on seurausta 1p36-tuumorisuppressorilokuksen deleetioiden läheisyydestä ja sillä voi olla mahdollisuus synteettiseen kuolleisuuteen GBM: n estämiseen. ENO1 on yksi kolmesta homologisia geenejä ( ENO2 , ENO3 ), joka koodaa nisäkkään a-enolaasi entsyymi. ENO2 , joka koodaa enolaasi 2: ta , ilmenee enimmäkseen hermokudoksissa, mikä johtaa oletukseen, että ENO1 -poistetussa GBM: ssä ENO2 voi olla ihanteellinen kohde ENO1: n redundanttisena homologina . Muller todettiin, että sekä geneettiset ja farmakologiset ENO2 esto GBM-solujen homotsygoottinen ENO1 deleetio saa aikaan synteettinen kuolleisuutta tulos selektiivisen tappamisen GBM-solujen. Vuonna 2016 Muller ja hänen kollegansa löysivät antibiootin SF2312 erittäin tehokkaana nanomolaarisen alueen enolaasiestäjänä, joka estää ensisijaisesti glioomasolujen lisääntymistä ja glykolyyttistä virtausta ENO1 -poistetuissa soluissa. SF2312: n osoitettiin olevan tehokkaampi kuin pan-enolase-inhibiittori PhAH ja sillä on enemmän spesifisyyttä ENO2 : n estämiselle kuin ENO1: lle . Myöhempi työ sama ryhmä osoitti, että samaa lähestymistapaa voidaan soveltaa haimasyöpä , jolloin motsygoottisesti poistettu SMAD4 tuloksia vakuuden poistetaan mitokondrion malaattientsyymiä 2 ( ME2 ), oksidatiivisen dekarboksylaasin välttämätöntä redox homeostaasiin. Dey et ai. osoittavat, että ME2: n genominen deleetio haiman kanavan adenokarsinoomasoluissa johtaa korkeisiin endogeenisiin reaktiivisiin happilajeihin, jotka ovat sopusoinnussa KRAS-ohjatun haimasyövän kanssa , ja pohjimmiltaan esitäyttää ME2-nolla-solut synteettiselle kuolleisuudelle poistamalla redundantit NAD (P)+-riippuvaisen isoformin ME3. ME3-ehtymisen vaikutusten havaittiin välittyvän AMPK-aktivaatiosta ja mitokondrioiden ROS-välitteisestä apoptoosista johtuvan de novo -nukleotidisynteesin estämisellä. Samaan aikaan Oike et ai. osoitti käsitteen yleistettävyyden kohdistamalla redundantteihin välttämättömiin geeneihin muussa prosessissa kuin aineenvaihdunnassa, nimittäin SMARCA4- ja SMARCA2- alayksiköihin kromatiinia uudistava SWI/SNF- kompleksi.

Jotkut onkogeenit ovat välttämättömiä kaikkien solujen (ei vain syöpäsolujen) selviytymiselle. Siten lääkkeet, jotka poistavat nämä onkogeenit (ja siten tappaa syöpäsolut), voivat myös vahingoittaa normaaleja soluja aiheuttaen merkittävän sairauden. Muut geenit voivat kuitenkin olla välttämättömiä syöpäsoluille, mutta eivät terveille soluille.

Synteettisen kuolleisuuden periaatteeseen perustuvat hoidot ovat pidentäneet syöpäpotilaiden eloonjäämistä ja lupaavat tulevaisuuden edistystä karsinogeneesin kääntämisessä. Suuri synteettisen kuolleisuuden tyyppi toimii DNA: n korjausvirheessä, joka usein käynnistää syövän ja on edelleen läsnä kasvainsoluissa. Tässä on muutamia esimerkkejä.

BRCA1- tai BRCA2- ekspressio on puutteellinen useimmissa korkealaatuisissa rinta- ja munasarjasyövissä, yleensä johtuen sen promoottorin epigeneettisestä metylaatiosta tai epigeneettisestä tukahduttamisesta liiallisesti ilmentyneen mikroRNA: n avulla (katso artikkelit BRCA1 ja BRCA2 ). BRCA1 ja BRCA2 ovat tärkeitä komponentteja kaksoisjuosteisten katkojen homologisen rekombinaation korjaamisen pääreitille. Jos toinen tai toinen on puutteellinen, se lisää syöpäriskiä, erityisesti rinta- tai munasarjasyöpää. Vara -DNA-korjausreitti, osa BRCA1: n ja BRCA2: n yleensä korjaamista vaurioista, riippuu PARP1: stä . Siten monet munasarjasyövät reagoivat FDA: n hyväksymään PARP-estäjän hoitoon aiheuttaen synteettisen kuolleisuuden syöpäsoluille, joista puuttuu BRCA1 tai BRCA2. Tätä hoitoa arvioidaan myös rintasyövän ja lukuisten muiden syöpien varalta vaiheen III kliinisissä tutkimuksissa vuonna 2016.

Kaksijuosteisten katkojen homologiseen rekombinaatiokorjaukseen on kaksi reittiä . Pääreitti riippuu BRCA1: stä , PALB2: sta ja BRCA2: sta, kun taas vaihtoehtoinen reitti riippuu RAD52: sta. Esikliiniset tutkimukset, joihin osallistui epigeneettisesti vähentyneitä tai mutatoituneita BRCA-puutteellisia soluja (viljelmässä tai hiiriin injektoituna), osoittavat, että RAD52: n esto on synteettisesti tappava BRCA-puutoksen vuoksi.

DNA -yhteensopimattomuuden korjaamiseen (MMR) käytettävien geenien mutaatiot aiheuttavat korkean mutaatiovauhdin. Kasvaimissa tällaiset usein esiintyvät mutaatiot tuottavat usein "ei-itsensä" immunogeenisiä antigeenejä. Ihmisen vaiheen II kliinisessä tutkimuksessa, johon osallistui 41 potilasta, arvioitiin yhtä synteettistä tappavaa lähestymistapaa kasvaimille, joilla oli tai ei ollut MMR -vikoja. Geenin PD-1 tuote tukahduttaa tavallisesti sytotoksisia immuunivasteita. Tämän geenin estäminen mahdollistaa suuremman immuunivasteen. Kun syöpäpotilaat, joiden kasvaimissa oli vika MMR: ssä, altistettiin PD-1: n estäjälle, 67%-78% potilaista koki immuunijärjestelmän etenemistä vapaan eloonjäämisen. Sitä vastoin potilailla, joilla ei ollut viallista MMR: ää, PD-1-estäjän lisäys synnytti vain 11% potilaista, joilla oli immuunijärjestelmään liittyvä etenemistä vailla oleva eloonjääminen. Siten PD-1: n esto on ensisijaisesti synteettisesti tappava MMR-vikojen kanssa.

ARID1A , kromatiinimodifioija, tarvitaan ei-homologiseen päätyliitokseen , mikä on merkittävä reitti, joka korjaa kaksijuosteiset katkokset DNA: ssa ja jolla on myös transkription säätelyroolit. ARID1A -mutaatiot ovat yksi 12 yleisimmistä karsinogeenisista mutaatioista. ARID1A: n mutaatiota tai epigeneettisesti vähentynyttä ilmentymistä on havaittu 17 syöpätyypissä. Prekliiniset tutkimukset soluilla ja hiirillä osoittavat, että synteettinen kuolema ARID1A-puutteen vuoksi tapahtuu joko estämällä EZH2: n metyylitransferaasiaktiivisuutta tai lisäämällä kinaasi-inhibiittoria dasatinibia.

Toinen lähestymistapa on kukin geenin yksittäinen poistaminen genomista ja sen vaikutuksen havaitseminen normaaleihin ja syöpäsoluihin. Jos muuten epäolennaisen geenin tyrmäyksellä on vain vähän tai ei lainkaan vaikutusta terveisiin soluihin, mutta se on tappavaa syöpäsoluille, jotka sisältävät mutatoituneen onkogeenin, tukahdutetun geenin koko järjestelmän tukahduttaminen voi tuhota syöpäsolut ja jättää terveet suhteellisen vahingoittumattomiksi. Tekniikkaa käytettiin PARP -1 -estäjien tunnistamiseen BRCA1 / BRCA2 -syöpien hoitoon. Tässä tapauksessa PARP-1: n esto ja syöpään liittyvät mutaatiot yhdessä BRCA-geeneissä ovat tappavia vain syöpäsoluille.

Tietokannat syöpätutkimukseen

Syöpä Genome Project on aloite kartoittaa kaikki somaattisia mutaatioita syöpään. Projekti sekvensoi systemaattisesti primaarikasvainten ja syöpäsolulinjojen genomien eksonit ja reunustavat liitoskohdat. COSMIC -ohjelmisto näyttää näistä kokeista saadut tiedot. Helmikuussa 2008 CGP oli tunnistanut 4746 geeniä ja 2985 mutaatiota 1848 kasvaimessa.

Cancer Genome Anatomy Project sisältää tietoa syöpätutkimuksen genomeja, transcriptomes ja proteiinien.

Progenetix on onkogeeninen viitetietokanta, joka sisältää sytogeneettisiä ja molekyylisytogeenisiä kasvaintietoja.

Oncomine on koonnut tietoja syövän transkriptiprofiileista.

Integroiva onkogenominen tietokanta IntOGen ja Gitools -tietojoukot yhdistävät moniulotteisen ihmisen onkogenomisen tiedon kasvaintyypin mukaan. IntOGenin ensimmäinen versio keskittyi vapautetun geeniekspression ja CNV : n rooliin syövässä. Myöhempi versio korosti mutaatiota aiheuttavia syövän kuljettajageenejä 28 kasvaintyypissä. Kaikki IntOGen -tiedot julkaistaan IntOGen -tietokannassa.

Kansainvälinen Cancer Genome Consortium on suurin projekti kerätä ihmisen syövän genomitietoa. Tiedot ovat saatavilla ICGC: n verkkosivuston kautta. BioExpress® Oncology Suite sisältää geeniekspressiotietoja primaarisista, metastaattisista ja hyvänlaatuisista kasvainnäytteistä ja normaaleista näytteistä, mukaan lukien vastaavat viereiset kontrollit. Sarja sisältää hematologisia maligniteettinäytteitä monille tunnetuille syöpille.

Mallikoiraeläimiin liittyviä erityisiä tietokantoja ovat Retrovirus Tagged Cancer Gene Database (RTCGD), joka on koonnut tutkimusta retrovirus- ja transposoni -insertio -mutageneesistä hiiren kasvaimissa.

Geeniperheet

Kokonaisten geeniperheiden mutaatioanalyysi paljasti, että saman perheen geeneillä on samanlaiset toiminnot, kuten samanlaiset koodaussekvenssit ja proteiinidomeenit ennustavat . Kaksi tällaista luokkaa ovat kinaasiperhe , joka osallistuu fosfaattiryhmien lisäämiseen proteiineihin ja fosfataasiperhe , joka osallistuu fosfaattiryhmien poistamiseen proteiineista. Nämä perheet tutkittiin ensin, koska niillä oli ilmeinen rooli solujen kasvun tai kuoleman solusignaalien siirtämisessä. Erityisesti yli 50% kolorektaalisyövistä sisältää mutaation kinaasi- tai fosfataasigeenissä. Fosfatidyylisinositoldin 3-kinaasien ( PIK3CA ) geeni koodaa lipidikinaaseja, jotka yleensä sisältävät mutaatioita paksusuolen, rinnan, mahalaukun, keuhkojen ja monien muiden syöpien hoidossa. Lääkehoidot voivat estää PIK3CA: ta. Toinen esimerkki on BRAF -geeni, joka on yksi ensimmäisistä, joka liittyy melanoomiin. BRAF koodaa seriini / treoniinikinaasia , joka on mukana RAS-RAF- MAPK -kasvusignalointireitissä . BRAF -mutaatiot aiheuttavat konstitutiivisen fosforylaation ja aktiivisuuden 59 prosentissa melanoomeista. Ennen BRAFia melanooman kehittymisen geneettinen mekanismi oli tuntematon ja siksi ennuste potilaille oli huono.

Mitokondrioiden DNA

Mitokondrioiden DNA (mtDNA) -mutaatiot liittyvät kasvainten muodostumiseen. Neljä mtDNA -mutaatiotyyppiä on tunnistettu:

Pistemutaatiot

Pistemutaatioita on havaittu syöpäsolujen sisältämän mtDNA : n koodaavalla ja ei-koodaavalla alueella. Ihmisillä, joilla on virtsarakon, pään/kaulan ja keuhkosyöpä, koodausalueen pistemutaatiot osoittavat merkkejä toistensa muistuttamisesta. Tämä viittaa siihen, että kun terve solu muuttuu kasvainsoluksi (neoplastinen muutos), mitokondrioista näyttää tulevan homogeenisia. Runsaat pistemutaatiot, jotka sijaitsevat syövän mitokondrioiden ei-koodaavalla alueella, D-silmukassa , viittaavat siihen, että tämän alueen mutaatiot voivat olla tärkeä ominaisuus joissakin syövissä.

Poistot

Tämä mutaatiotyyppi havaitaan satunnaisesti sen pienen koon (<1 kb) vuoksi. Tiettyjen spesifisten mtDNA-mutaatioiden esiintyminen (264 emäsparin deleetio ja 66 emäsparin deleetio kompleksin 1 alayksikkögeenissä ND1) useissa syöpätyypeissä antaa todisteita siitä, että pieniä mtDNA-deleetioita saattaa esiintyä tuumorigeneesin alussa . Se viittaa myös siihen, että näitä deleetioita sisältävien mitokondrioiden määrä kasvaa kasvaimen edetessä. Poikkeuksena on suhteellisen suuri deleetio, joka esiintyy monissa syövissä (tunnetaan "yleisenä deleetiona"), mutta normaaleista soluista on löydetty enemmän mtDNA -laajamittaisia deleetioita verrattuna kasvainsoluihin. Tämä voi johtua kasvainsolujen näennäisesti sopeutuvasta prosessista, jolla poistetaan mitokondriot, jotka sisältävät näitä laajamittaisia deleetioita ("yhteinen deleetio" on> 4 kb).

Lisäykset

Kaksi pientä ~ 260 ja ~ 520 emäsparin mtDNA -insertioita voi esiintyä rintasyövässä, mahasyövässä, maksasolusyövässä (HCC) ja paksusuolen syövässä sekä normaaleissa soluissa. Näiden insertioiden ja syövän välillä ei ole korrelaatiota.

Kopioi numeromutaatiot

MtDNA: n karakterisointi reaaliaikaisten polymeraasiketjureaktiotestien avulla osoittaa mtDNA-kopioluvun kvantitatiivisen muutoksen läsnäolon monissa syövissä. Kopioiden määrän odotetaan kasvavan hapettumisstressin vuoksi. Toisaalta vähenemisen uskotaan johtuvan somaattisista pistemutaatioista H-juosteen replikaation alkukohdassa ja/tai D310-homopolymeerisen c-venytyksen D-silmukan alueella, mutaatioista p53: ssa (tuumorisuppressorigeeni) välitetty reitti ja/tai tehoton entsyymiaktiivisuus POLG -mutaatioiden vuoksi. Kopioiden määrän kasvu/lasku pysyy sitten vakiona kasvainsoluissa. Se tosiasia, että mtDNA: n määrä on vakio kasvainsoluissa, viittaa siihen, että mtDNA: n määrää kontrolloi paljon monimutkaisempi järjestelmä kasvainsoluissa sen sijaan, että se muuttuisi yksinkertaisesti epänormaalin soluproliferaation seurauksena. MtDNA -sisällön rooli ihmisen syövissä vaihtelee ilmeisesti tietyille kasvaintyypeille tai -paikoille.

Mutaatiot mitokondrioiden DNA: ssa eri syövissä
Syövän tyyppi	Pistemutaatioiden sijainti				Poistojen nukleotidiasema	MtDNA -kopion lisääntyminen #	MtDNA -kopion väheneminen #
Syövän tyyppi	D-silmukka	mRNA: t	tRNA: t	rRNA: t	Poistojen nukleotidiasema	MtDNA -kopion lisääntyminen #	MtDNA -kopion väheneminen #
Virtsarakon	X	X		X	15,642-15,662
Rinta	X	X	X	X	8470-13,447 ja 8482-13459		X
Pää ja niska	X	X	X	X	8470-13,447 ja 8482-13459	X
Oraalinen	X	X			8470-13,447 ja 8482-13459
Hepatosellulaarinen karsinooma (HCC)	X	X	X	X	306-556 ja 3894-3960		X
Ruokatorvi	X	X		X	8470-13,447 ja 8482-13459	X
Mahalaukku	X	X	X		298-348		X
Eturauhas	X			X	8470-13,447 ja 8482-13459	X

57,7% (500/867) sisälsi somaattisia pisteytyksiä ja tutkituista 1172 mutaatiosta 37,8% (443/1127) sijaitsi D-silmukan kontrollialueella, 13,1% (154/1172) sijaitsi tRNA- tai rRNA-geeneissä ja 49,1% (575/1127) löydettiin mRNA -geeneistä, joita tarvitaan mitokondrioiden hengitykseen tarvittavien kompleksien tuottamiseen.

Diagnostiikkasovellukset

Jotkut syöpälääkkeet kohdistavat mtDNA: ta ja ovat osoittaneet positiivisia tuloksia tuumorisolujen tappamisessa. Tutkimuksessa on käytetty mitokondrioiden mutaatioita biomarkkereina syöpäsoluterapiassa. On helpompi kohdistaa mutaatio mitokondrio -DNA: n sisällä kuin ydin -DNA, koska mitokondrioiden genomi on paljon pienempi ja helpompi seuloa tiettyjen mutaatioiden varalta. Verinäytteistä löydetyt MtDNA -sisällön muutokset saattavat toimia seulontamerkillä tulevan syöpäherkkyyden ennustamiseksi sekä pahanlaatuisen kasvaimen etenemisen seuraamiseksi. Näiden mahdollisten hyödyllisten mtDNA -ominaisuuksien ohella se ei ole solusyklin hallinnassa, ja se on tärkeä ATP -sukupolven ja mitokondrioiden homeostaasin ylläpitämiseksi. Nämä ominaisuudet tekevät mtDNA: n kohdistamisesta käytännön terapeuttisen strategian.

Syövän biomarkkerit

Useat biomarkkerit voivat olla hyödyllisiä syövän vaiheessa, ennusteessa ja hoidossa. Ne voivat vaihdella yhden nukleotidin polymorfismeista (SNP), kromosomipoikkeavuuksista , DNA-kopiomäärän muutoksista, mikrosatelliittien epävakaudesta, promoottorialueen metylaatiosta tai jopa korkeista tai alhaisista proteiinitasoista.

Languages

In other projects