معلومة

7.4: الطفرات والسرطان - علم الأحياء


ماذا سيحدث إذا استمرت هذه الدورة في الإرادة؟

قد تنمو خلاياك وتنقسم دون أداء وظائفها الضرورية ، أو دون استنساخ حمضها النووي بالكامل ، أو دون نسخ عضياتها. لذلك تحتاج دورة الخلية إلى أن تكون منظمة للغاية ومراقبتها بإحكام. و هو.

التحكم في دورة الخلية

كيف تعرف الخلية متى تنقسم؟ كيف تعرف الخلية متى تنسخ حمضها النووي؟ كيف تعرف الخلية متى تنتقل إلى الانقسام الخلوي أو الانقسام الخلوي؟ تتعلق الإجابات على هذه الأسئلة بالتحكم في دورة الخلية. ولكن كيف يتم التحكم في دورة الخلية أو تنظيمها؟ يتضمن تنظيم دورة الخلية عمليات حاسمة لبقاء الخلية. وتشمل هذه الكشف عن الأضرار التي لحقت بالحمض النووي وإصلاحها ، وكذلك منع الانقسام الخلوي غير المنضبط. يمكن أن يكون الانقسام الخلوي غير المنضبط مميتًا للكائن الحي ؛ منعه أمر بالغ الأهمية للبقاء على قيد الحياة.

Cyclins و Kinases

يتم التحكم في دورة الخلية من خلال عدد من عمليات التغذية الراجعة التي يتحكم فيها البروتين. هناك نوعان من البروتينات المشاركة في التحكم في دورة الخلية كينازات و الأعاصير. تنشط الأعاصير الكينازية من خلال الارتباط بها ، وتحديداً تنشطها كينازات تعتمد على السيكلين (CDK). كيناز هي إنزيمات تحفز نقل مجموعة الفوسفات من ATP إلى جزيء آخر في الخلية. تعمل كمفتاح تحكم في العديد من الوظائف الخلوية ، وتقوم بتشغيل وظيفة أو إيقاف تشغيلها ، وتنظم العمليات الخلوية الأخرى. في كثير من الأحيان يشاركون في تنشيط سلسلة من ردود الفعل. تتكون الأعاصير من مجموعة من البروتينات التي يتم إنتاجها بسرعة في المراحل الرئيسية في دورة الخلية. بمجرد تنشيطها بواسطة cyclin ، تقوم إنزيمات CDK بتنشيط أو تعطيل الجزيئات المستهدفة الأخرى من خلال الفسفرة. هذا التنظيم الدقيق للبروتينات هو الذي يحفز التقدم خلال دورة الخلية. فاز Leland H. Hartwell و R. Timothy Hunt و Paul M.Nurse بجائزة نوبل لعام 2001 في علم وظائف الأعضاء أو الطب لاكتشافهم هذه البروتينات المهمة.

ما الذي يجعل الخلية سرطانية؟

سرطان هو مرض يتسم بمجموعة من الخلايا التي تنمو وتنقسم دون مراعاة للحدود الطبيعية. تغزو هذه الخلايا السرطانية الأنسجة المجاورة وتدمرها ، وقد تنتشر في جميع أنحاء الجسم. تُعرف العملية التي تتحول من خلالها الخلايا الطبيعية إلى خلايا سرطانية السرطنة. تُعرف هذه العملية أيضًا باسم تكوين الأورام أو تكوين الأورام.

تحدث جميع أنواع السرطان تقريبًا بسبب طفرات في الحمض النووي للخلايا غير الطبيعية. قد تكون هذه الطفرات نتيجة لتأثيرات المواد المسرطنةالعوامل المسببة للسرطان مثل دخان التبغ أو الإشعاع أو المواد الكيميائية أو العوامل المعدية. قد تعمل هذه المواد المسرطنة بمثابة "محفز" بيئي ، حيث تحفز ظهور السرطان لدى أفراد معينين دون غيرهم. هل يصاب كل من يدخن بالسرطان؟ لا ، هل يمكن أن يزيد التدخين السلبي من فرصة إصابة غير المدخنين بسرطان الرئة؟ نعم فعلا. كما أنه يزيد من فرصة إصابة غير المدخنين بأمراض القلب.

قد تفسر التفاعلات المعقدة بين المواد المسرطنة وجينوم الفرد سبب إصابة بعض الأشخاص فقط بالسرطان بعد التعرض لمحفز بيئي والبعض الآخر لا يصاب به. هل تحتاج جميع أنواع السرطان إلى محفز بيئي لتتطور؟ لا ، قد تنتج الطفرات المسببة للسرطان أيضًا عن أخطاء مدمجة في الحمض النووي أثناء النسخ المتماثل ، أو قد تكون موروثة. توجد الطفرات الموروثة في جميع خلايا الكائن الحي.

الجينات المسرطنة والجينات الكابتة للورم

تحدث بعض أنواع السرطان بسبب طفرات في الجينات التي تتحكم في دورة الخلية. تحدث الطفرات المسببة للسرطان غالبًا في نوعين من الجينات التنظيمية ، يُطلق عليهما الجينات الورمية الأولية والجينات الكابتة للورم.

  • الجينات الورمية الأولية هي الجينات التي تساعد الخلايا عادة على الانقسام. عندما يتحور الجين الورمي الأولي ليصبح أحد الجينات الورمية ، فإنه يكون نشطًا باستمرار ، حتى عندما لا يكون من المفترض أن يكون كذلك. هذا مثل دواسة الوقود في السيارة عالقة عند دواسة الوقود. تستمر السيارة في السباق بأقصى سرعة. في حالة الخلية ، تستمر الخلية في الانقسام خارج نطاق السيطرة ، مما قد يؤدي إلى الإصابة بالسرطان.

  • الجينات الكابتة للورم هي الجينات التي عادة ما تبطئ أو توقف انقسام الخلايا. عندما تحدث طفرة في جين مثبط للورم ، لم يعد بإمكانه التحكم في انقسام الخلايا. هذه مثل سيارة بدون فرامل. لا يمكن إبطاء السيارة أو إيقافها. في حالة الخلية ، تستمر الخلية في الانقسام خارج نطاق السيطرة ، مما قد يؤدي إلى الإصابة بالسرطان.

عدة طفرات تسبب السرطان
قد تكون الجينات المسرطنة عوامل نمو أو كينازات بروتينية أو GTPases أو عوامل نسخ. عوامل النمو هي مواد طبيعية ، عادة بروتين أو هرمون ستيرويد ، قادرة على تحفيز النمو الخلوي ، والتكاثر ، والتمايز. إنها مهمة لتنظيم مجموعة متنوعة من العمليات الخلوية. عادة ، يجب أن ترتبط بمستقبل خارج الخلية أو داخل الخلايا لبدء التفاعل الخلوي.

عادةً ، يلزم وجود سلسلة من الطفرات العديدة التي تنشط الجينات الورمية بشكل أساسي وتعطيل الجينات الكابتة للورم لتحويل الخلية الطبيعية إلى خلية سرطانية (الشكل ( PageIndex {2} )). طورت الخلايا عددًا من آليات التحكم للتغلب على الطفرات في الجينات الورمية الأولية. لذلك ، تحتاج الخلية إلى طفرات متعددة للتحول إلى خلية سرطانية. لن تسبب طفرة في أحد الجينات الورمية الأولية السرطان ، لأن آثار الطفرة ستخفي عن طريق التحكم الطبيعي في دورة الخلية وأفعال الجينات الكابتة للورم. وبالمثل ، فإن حدوث طفرة في أحد الجينات الكابتة للورم لن تسبب السرطان أيضًا ، نظرًا لوجود العديد من الجينات "الاحتياطية" التي تكرر وظائفها. يمكن أن يبدأ التحول السرطاني فقط عندما يتحول عدد كافٍ من الجينات الورمية الأولية إلى جينات مسرطنة ويتم إلغاء تنشيط عدد كافٍ من الجينات الكابتة للورم. تطغى إشارات نمو الخلايا على إشارات تنظيم النمو ، وسرعان ما تخرج الخلية عن السيطرة. في كثير من الأحيان ، نظرًا لأن العديد من هذه الجينات تنظم العمليات التي تمنع معظم الأضرار التي تلحق بالجينات نفسها ، فإن تلف الحمض النووي يتراكم مع تقدم العمر.

عادة ، تكون الجينات الورمية هي الأليلات السائدة ، لأنها تحتوي على طفرات اكتساب الوظيفة. إن أفعال منتج جين الأليل الطافرة ، التي ينتج عنها في كثير من الأحيان بروتين منشط بشكل أساسي ، هي السائدة على منتج الجين الذي ينتجه الأليل "العادي". وفي الوقت نفسه ، فإن مثبطات الأورام الطافرة هي بشكل عام أليلات متنحية ، لأنها تحتوي على طفرات فقدان الوظيفة. يحتاج الجين الورمي الأولي فقط إلى طفرة في نسخة واحدة من الجين لتوليد أحد الجينات الورمية ؛ يحتاج الجين الكابت للورم إلى حدوث طفرة في كلتا نسختين من الجين لجعل كلا المنتجين معيبين. ومع ذلك ، هناك حالات يمكن فيها لأليل واحد متحور لجين مثبط للورم أن يجعل النسخة الأخرى غير وظيفية. تؤدي هذه الحالات إلى ما يعرف بالتأثير السلبي السائد.

إعادة النظر

  1. عرّف السرطان.
  2. ما هي الكينازات المعتمدة على السيكلين؟ ما هو دورهم؟
  3. ناقش دور الجينات المسرطنة والجينات الكابتة للورم في التسرطن.
  4. لماذا الطفرات المتعددة مطلوبة للتحول إلى خلية سرطانية؟
  5. حدد جميع فئات الجينات المسرطنة ووصف فئتين.

طفره

السرطان هو نتيجة لانهيار الضوابط التي تنظم الخلايا. تتضمن أسباب الانهيار دائمًا تغييرات في الجينات المهمة. غالبًا ما تكون هذه التغييرات نتيجة الطفرات، تغييرات في تسلسل الحمض النووي للكروموسومات. يمكن أن تكون الطفرات تغيرات صغيرة جدًا ، تؤثر فقط على عدد قليل من النيوكليوتيدات أو يمكن أن تكون كبيرة جدًا ، مما يؤدي إلى تغييرات كبيرة في بنية الكروموسومات.

يمكن أن تؤثر الطفرات الصغيرة والكبيرة على سلوك الخلايا. يمكن أن تؤدي مجموعات الطفرات في الجينات المهمة إلى الإصابة بالسرطان. تصف المادة التي يتم تناولها في هذه الصفحة العلاقة بين الطفرات والسرطان وأنواع الطفرات المختلفة وأسبابها. يمكن أيضًا العثور على مزيد من المعلومات حول الموضوعات الواردة في هذه الصفحة في معظم الكتب المدرسية التمهيدية في علم الأحياء ، نوصي بـ Campbell Biology ، الإصدار الحادي عشر.


خلفية

تم استخدام الأدوية السامة للخلايا لعلاج السرطان منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، ولا تزال تمثل خط العلاج الأول لمعظم أنواع السرطان حتى يومنا هذا. تمنع هذه الأدوية تكاثر الخلايا من خلال مجموعة من الآليات المختلفة ، بما في ذلك الضرر المباشر للحمض النووي ، والتدخل في استقلاب الحمض النووي والتدخل في آلية الانقسام. تقتل العلاجات الناجحة الخلايا السرطانية ، ولكنها تؤدي أيضًا إلى آثار جانبية تُعزى إلى عدد من العوامل بما في ذلك تثبيط تكاثر الخلايا في الأنسجة السليمة. قد يكون للعلاجات أيضًا عواقب سلبية طويلة المدى من خلال إحداث تغييرات جينية. في الخلايا الجسدية الطبيعية ، قد تؤدي الطفرات التي يسببها العلاج الكيميائي إلى تسريع عمليات تكوين الأورام. يعد تطور الأورام الخبيثة الثانوية قضية ذات أهمية خاصة بعد سرطانات الأطفال ، وقد ارتبطت الدراسات الوبائية بالعلاج بالعوامل المؤلكلة ومثبطات توبويزوميراز مع التطور اللاحق لابيضاض الدم العضلي الأرومي الحاد (AML) وأنواع الأورام الأخرى [1]. علاوة على ذلك ، فإن الطفرات التي يسببها العلاج في الخلايا السرطانية الباقية تزيد من عدم التجانس الجيني للورم وقد تساهم في تطوير مقاومة لمزيد من العلاج.

يتم اختبار العلاجات الكيميائية للسمية الجينية ، وقدرة الدواء على التسبب في تلف الحمض النووي. أهم الاختبارات المعتمدة حاليًا هي اختبار المذنب للكشف عن فواصل الحمض النووي ، ومقايسة انحراف الكروموسوم واختبار تكوين النواة الدقيقة [2]. تعطي هذه المقايسات تنبؤات غير مباشرة وغير دقيقة لإمكانية الإصابة بالسرطان [3] ، حيث إن اكتشاف السمية الجينية يكشف فقط أن المركب لديه القدرة على إحداث طفرات جينية ، دون قياس النتيجة في الخلية الباقية. تم اختبار الطفرات الجينية نفسها بشكل أساسي باستخدام جينات المراسل ، بما في ذلك اختبار الطفرة العكسية Ames في البكتيريا [4] و HPRT الطفرات في خطوط خلايا الثدييات [5]. ومع ذلك ، فإن الاكتشاف الشامل لجميع التغيرات الجينومية من جميع الأنواع أصبح متاحًا فقط بتسلسل الجينوم الكامل الميسور التكلفة.

تُعزى التأثيرات المطفرة إلى نسبة كبيرة من عوامل العلاج الكيميائي للسرطان. تحفز عوامل الألكلة مقاربات الحمض النووي المباشرة وخردل النيتروجين مثل سيكلوفوسفاميد وقد ثبت أنها تحفز طفرات استبدال القاعدة في مراسلي الطفرات وكذلك إعادة ترتيب الكروموسوم [6]. تعمل عوامل التشابك المحتوية على البلاتين بواسطة آلية مماثلة لعوامل الألكلة. ثبت أن مقارنات سيسبلاتين تسبب بدائل أساسية في المختبر وفي جينات المراسلة [7] ، والتي تم اكتشافها أيضًا في المعالجة بالسيسبلاتين C. ايليجانس جينومات الديدان [8]. تسبب مثبطات Topoisomerase II مثل إيتوبوسيد ودوكسوروبيسين انكسارات الحمض النووي ، وهي الأسباب المحتملة لانتقال الكروموسومات في السرطانات الثانوية التي تسببها هذه الأدوية [9 ، 10]. تتداخل الأدوية من عائلة مضادات الأيض المتنوعة مع تكرار الحمض النووي ، مما يؤدي إلى انكسارات الخيط المزدوج وانحرافات الكروموسومات [11-13]. لا يُتوقع أن يكون لفئة العلاج الكيميائي للسرطان التي تستهدف الأنابيب الدقيقة تأثير مباشر على الطفرات ، على الرغم من وصف باكليتاكسيل بأنه يؤثر على إصلاح الحمض النووي من خلال تعطيل تهريب بروتينات إصلاح الحمض النووي [14].

باختصار ، في حين تم قياس التأثيرات السامة للجينات بشكل غير مباشر لمعظم الأدوية السامة للخلايا ، فإن البيانات القائمة على التسلسل للطفرات متاحة فقط للسيسبلاتين ، من نموذج اللافقاريات [8]. للحصول على بيانات موثوقة عن الطفرات الجينية ، أجرينا تسلسلًا كاملًا للجينوم على الخلايا المستنبتة التي عولجت بممثلين عن كل فئة رئيسية من العلاجات الكيميائية للسرطان. تم الإبلاغ عن كل من العوامل السامة للخلايا المختارة (الجدول 1) لإعطاء نتيجة إيجابية في اختبار أميس أو اختبار أومو البكتيري ذي الصلة [15-19]. HPRT تم الإبلاغ عن حدوث طفرات بالنسبة لسيسبلاتين وسيكلوفوسفاميد ودوكسوروبيسين وإيتوبوسيد [20-23] ، ولكنها غائبة عن هيدروكسي يوريا [24]. شرعنا في تحديد مدى صلة هذه النتائج بالطفرات الجينية في خلايا الفقاريات. لم يتم إجراء مثل هذه الدراسات من قبل ، ولكن تم تقديم إثبات المفهوم من خلال تقرير حديث عن التأثير الجيني لثلاثة طافرات بيئية في استنساخ الخلايا الليفية الجنينية لفأر واحد متسلسل [25] بالإضافة إلى الدراسات السابقة التي استخدمت تسلسل الإكسوم الكامل [25]. 26-28]. ستكون الفائدة الرئيسية لبيانات الطيف الطفري التي تم الحصول عليها هي القدرة على استخدام تسلسل الجينوم السرطاني لتحديد ما إذا كانت الأدوية المطفرة قد ساهمت في تطور الورم ، ونقدم مثالًا مهمًا على ذلك في عودة الطفرات الجينية المسببة للأورام. تم اختيار خط خلية الورم الأرومي الليمفاوي للدجاج DT40 للعلاج للأسباب التالية: (1) حجم الجينوم حوالي الثلث مقارنة بالجينوم البشري (2) تم استخدام خط الخلايا هذا على نطاق واسع جدًا لدراسات إصلاح الحمض النووي وهو نموذج للثدييات إصلاح جيد للحمض النووي [29] و (3) توافر نطاق واسع من خطوط الخلايا المتحولة لإصلاح الحمض النووي المتساوي المنشأ سيسمح بإجراء مقارنات مستقبلية حول تأثير عوامل الإصلاح الفردية على الطفرات. يوفر هذا التحليل الجينومي المفصل للعديد من الحيوانات المستنسخة بعد العلاج المسح الأكثر شمولاً لإمكانات الطفرات للسموم الخلوية الشائعة الاستخدام في طب السرطان.


نتائج

مستويات التعبير ER و PR و HER2 mRNA تتنبأ بالأنواع الفرعية لسرطان الثدي

وصفنا التغيرات الجينية في 51 ورمًا من أورام الثدي و 46 خطًا من خلايا سرطان الثدي. شرعنا في دراسة الأنواع الفرعية الثلاثة الرئيسية التي حددتها الممارسة السريرية الحالية: تم تعيين العينات مع HER2 المضخم أو المفرط التعبير إلى HER2 + من النوع الفرعي HER2 العينات السلبية التي تعبر عن ER أو PR تم تعيينها إلى النوع الفرعي ER + / PR + وتم تعيين عينات أخرى إلى النوع الفرعي الثلاثي السلبي. يتم تحديد هذه الأنواع الفرعية باستخدام خوارزمية بسيطة ذات أساس بيولوجي واضح ، كما أن علاقتها بالتشخيص والعلاج مثبتة جيدًا.

يتم تحديد حالة ER و PR و HER2 بشكل عام في الممارسة السريرية عن طريق الكيمياء المناعية أو التألق فى الموقع التهجين ، لكن النتائج من هذه الأساليب كانت متاحة لجزء صغير فقط من عينات الورم في هذه الدراسة (انظر المواد والطرق والجدول التكميلي S1). لذلك قمنا بتطوير مصنفات الانحدار اللوجستي لحالة ER و PR باستخدام بيانات ميكروأري لـ ESR1 و PGR الجينات. تنبأت بيانات المصفوفة الدقيقة لهذه الجينات بحالة العلامة التي يحددها أخصائي علم الأمراض بشكل جيد للغاية (الشكل التكميلي S1) مع معدلات خطأ في مجموعة بيانات التدريب 12 من 143 لـ ER و 32 من 142 للعلاقات العامة. لاستنتاج حالة HER2 ، حددنا عينات ذات مكاسب نسخ في موضع ERBB2 أو التعبير الزائد عن mRNA (انظر المواد والطرق والشكل التكميلي S1). تم استخدام هذه الإجراءات لتخصيص 51 ورمًا ثديًا لثلاثة أنواع فرعية (8 HER2 + ، 26 ER + / PR + ، 17 ثلاثية سلبية). أعطى تعيين الأورام للأنواع الفرعية الخمسة الرئيسية المحددة بواسطة بيانات التعبير الجيني (26) نتائج مماثلة (الجدول التكميلي S1). لم يتم تعيين أي من عيناتنا إلى النوع الفرعي للتعبير الجيني الشبيه بالطبيعي وتم تخصيص عينة واحدة فقط للنوع الفرعي اللمعي B. لذلك فإن مجموعة العينات لدينا غير كافية للتحقيق في هذه الأنواع الفرعية الإضافية.

تم تخصيص 15 سطراً على شكل HER2 + ، و 12 كـ ER + / PR + ، و 19 على شكل سلبي ثلاثي. تتوافق مهامنا جيدًا مع الدراسة الأخيرة لـ Neve et al. (27) ، والتي صنفت جميع خطوط الخلايا السلبية الثلاثية لدينا على أنها تشبه القاعدية وجميع خطوط الخلايا ER + / PR + الخاصة بنا باستثناء واحدة على أنها لامعة. أشارت نتائج كل من أورام الثدي وخطوط الخلايا إلى أن مستويات التعبير ESR1 و PGR بدائل جيدة لحالة العلاقات العامة والطوارئ.

تُظهر أورام الثدي HER2 + و Triple-Negative عدم استقرار رقم النسخ الأعلى

لفهم ما إذا كان عدم الاستقرار الجيني العام يختلف بين الأنواع الفرعية لسرطان الثدي ، قمنا أولاً بفحص الترددات الإجمالية لتغييرات عدد النسخ في الأورام (الشكل 1 أ). تختلف أجزاء الجينوم التي تظهر مكاسب في النسخ اختلافًا كبيرًا بين الأنواع الفرعية (ص & lt 0.05 ، عندما يتم اعتبار أي عتبة لكسب رقم النسخ ≥2.8 نسخ). الأورام ثلاثية السلبية لها أعلى ترددات مكاسب متواضعة. ومع ذلك ، فإن أورام HER2 + لها أعلى ترددات للمكاسب عالية المستوى ، والتي تشمل التضخيم البؤري. لا يتم تفسير هذا الاتجاه ببساطة بواسطة ERBB2 amplicon على الكروموسوم 17 لأنه لوحظ نفس الاختلافات بين الأنواع الفرعية عند استبعاد الكروموسوم 17 من الاعتبار (الشكل 1 ب). لوحظت نفس الاختلافات في النوع الفرعي في خطوط الخلايا (البيانات غير معروضة). لم نجد فرقًا ذا دلالة إحصائية في ترددات فقدان رقم النسخ بين الأنواع الفرعية.

الارتباط بين الأنواع الفرعية والترددات على نطاق الجينوم للتغييرات الجينية. أ و ب. الجزء المتوسط ​​من الجينوم الذي يظهر مكاسب ، بما في ذلك واستبعاد الكروموسوم 17 ، على التوالي ، حيث يتم اعتبار العتبات المختلفة لكسب النسخ في صورة سلبية ثلاثية (أحمر) ، HER2 + (لون أخضر) و ER + / PR + (أزرق) عينات. ج. مخطط مربع لتوقيع عدم استقرار الكروموسومات (CIN25) حسب النوع الفرعي. كارتر وآخرون. (28) قدر اختلال الصيغة الصبغية لعينات السرطان الفردية عن طريق تحديد مدى تنسيق الجينات في نفس المنطقة الصبغية لمستويات تعبير الرنا المرسال. يتكون توقيع CIN25 من جينات يرتبط تعبيرها بمقياس عدم توازن الصبغيات. ترتبط قيم CIN25 المرتفعة بنتائج سيئة في العديد من أنواع الأورام.

لتوصيف الاختلافات في عدم الاستقرار الجيني بين الأنواع الفرعية للورم ، استخدمنا توقيع تعبير جيني يعكس عدم استقرار الكروموسومات ويرتبط بنتائج سيئة في العديد من أنواع السرطان (28). اختبرنا ما إذا كان التوقيع هو نفسه في جميع الأنواع الفرعية الثلاثة. وجدنا أن الأورام الثلاثية السلبية وأورام HER2 + لها تعبير أعلى عن توقيع عدم الاستقرار من أورام ER + / PR + (ص = 0.005 الشكل 1 ج). يتوافق هذا مع الفروق في النوع الفرعي في تواتر مكاسب عدد النسخ وأيضًا مع التشخيص الأسوأ المرتبط بـ HER2 + والسرطانات السلبية الثلاثية (8-10).

تغييرات رقم النسخ المرتبطة بالأنواع الفرعية لسرطان الثدي

بالإضافة إلى الأنماط العالمية لتغيير رقم النسخ ، شرعنا في تحديد مناطق معينة لتغيير رقم النسخ المرتبط بالأنواع الفرعية والجينات المهمة وظيفيًا داخل تلك المناطق. يوضح الشكل 2 ترددات المكاسب والخسائر للأنواع الفرعية المختلفة كما تم قياسها في الأورام باستخدام مصفوفات تعدد الأشكال أحادية النوكليوتيدات Affymetrix 500k (SNP). لاحظنا بعض الاختلافات في الترددات بين الأنواع الفرعية المماثلة لتلك الموصوفة في الدراسات الحديثة (على سبيل المثال ، الخسائر في 5q في السلبية الثلاثية ، والمكاسب على 10p في السلبية الثلاثية و HER2 + ، والمكاسب على 11q13 في ER + / PR + المراجع .22-24) . لاحظنا أيضًا بعض الاختلافات الإضافية (على سبيل المثال ، الخسائر في 6q في ER + / PR + ، والمكاسب في 17q21 و 17q23 في ER + / PR + و HER2 + ، الخسائر على 15p في السلبية الثلاثية).

مكاسب وخسائر على مستوى الجينوم لأورام الثدي حسب النوع الفرعي. تظهر الرسوم البيانية المكاسب فوق x المحور (تردد مرات المقدار) وخسائر أقل من x المحور (التردد) في السلبية الثلاثية (أ) ، HER2 + (ب) و ER + / PR + (ج) الأنواع الفرعية. الأسهم ، مناطق العلامات النجمية للمكاسب المرتبطة بالنوع الفرعي ، مناطق الخسائر المرتبطة بالنوع الفرعي. تم اختيار هذه المناطق بناءً على بيانات الورم فقط ، بغض النظر عن التكرار في خطوط الخلايا.

قد تحدث ترددات مختلفة لتغيير رقم النسخ داخل منطقة ما عن طريق الصدفة وقد تكون مميزة لمجموعة عينة واحدة ولكن لا يتم ملاحظتها في مجموعات أخرى. سعينا إلى تحديد المناطق التي كانت مرتبطة بشكل كبير إحصائيًا بالأنواع الفرعية والتي تمت ملاحظتها في مجموعتين مستقلتين من العينات. حددنا أولاً مناطق الكروموسومات ذات المكاسب أو الخسائر المتكررة (& gt2.5 نسخ أو & lt1.6 نسخ في 10٪ على الأقل من عينات الورم) مع وجود اختلافات في تكرار الكسب أو الفقد بين الأنواع الفرعية في الأورام. ثم تحققنا من صحة هذه المناطق في بيانات من مجموعة مستقلة من 47 سلالة من خلايا سرطان الثدي. أظهر ما مجموعه سبع مناطق كروموسومية ارتباطًا ثابتًا في كلتا مجموعتي العينات (الجدول 1 الشكل 3).

مناطق تعديل رقم النسخ المرتبطة بالنوع الفرعي في مجموعتين من مجموعات العينات المستقلة

رقم النسخ في المناطق المرتبطة بالنوع الفرعي. أزرق ، خسائر حمراء ، مكاسب. تم تحديد الفترات الجينومية المرتبطة باستمرار مع النوع الفرعي في كل من الأورام وخطوط الخلايا. تم دمج الفترات المتجاورة جسديًا بنفس نمط ارتباط النوع الفرعي معًا لتشكيل المناطق السبع الموضحة. يُشار إلى متوسط ​​عدد النسخ للفترات المدمجة باللون: الأزرق ، والأحمر المفقود ، والمكاسب.

جينات السائق المرشح للمناطق المرتبطة بالنوع الفرعي

تمتد المنطقة المتكررة لتغيير رقم النسخ عادةً على جينات متعددة. يتطلب تحديد الجينات الدافعة (الجينات التي تشارك وظيفيًا في تكوين الأورام) بثقة عمومًا تجارب مكثفة. لذلك قمنا بتطوير إستراتيجية حسابية لتحديد جينات المحرك المرشحة للمتابعة التجريبية بناءً على ثلاث فرضيات: أولاً ، تم العثور على جينات المحرك في جزء من منطقة تغيير رقم النسخ المتكرر الذي يتم اكتسابه أو فقده بشكل أكبر ثانيًا. ، أن الجينات المحركة تخضع لتغييرات ملحوظة في التعبير الجيني كنتيجة لتغيير رقم النسخ وثالثًا ، قد ترتبط التغييرات في التعبير عن الجينات المحركة بالنتائج السريرية السيئة. قد لا تنطبق كل هذه الفرضيات الثلاثة على كل جينة دافعة ، ولكن الجمع بين الأدلة من الثلاثة يمكن أن يحدد المرشحين.

في أمبليكون HER2 ، على سبيل المثال ، ERBB2 تم العثور عليه في النقطة الأكثر تضخيمًا ، ويتم التعبير عنه بشكل مفرط عند التضخيم ، ويرتبط بزيادة حدوث ورم خبيث بعيد في دراسة Van't Veer et al. (المرجع 29 الشكل 4 أ). جين آخر في الأمبليكون ، GRB7، يفي أيضًا بهذه المعايير. قد يكون هذا ببساطة بسبب قربه من ERBB2، لكن دراسات تداخل الحمض النووي الريبي تشير إلى ذلك GRB7 قد يساهم أيضًا في تكاثر خلايا سرطان الثدي (30).

تحديد جينات السائق المرشح. أ. كروموسوم 17 منطقة 35 ميجا بت. ب. كروموسوم 17 منطقة 45 ميجا بايت. ج. كروموسوم 17 منطقة 55 ميجا بايت. د. كروموسوم 11 منطقة 70 ميجا بايت. اكتساب أعلى للنسخة الملخصة (أحمر) ومواقع الجينات المرتبطة بالورم الخبيث البعيد في ص & lt 0.05 (أزرق). تحدد الخطوط المنقطة المنطقة البؤرية التي ارتبط فيها رقم النسخة بالنوع الفرعي والتي تم البحث فيها عن جينات المحرك. أسفل ، −log10 تحول ص تعكس القيم زيادة التعبير الجيني على التضخيم. الجينات التي تمر ص يتم تصنيف عتبة القيمة (0.05).

يؤدي تطبيق نفس الإجراء على مناطق أخرى من اكتساب النسخ إلى تحديد الجينات الورمية الأخرى المرشحة. في amplicon حوالي 45 ميغابت في الكروموسوم 17q21 (الشكل 4 ب) ، المرتبط بالأنواع الفرعية ER + / PR + و HER2 + ، هناك جين واحد يفي بجميع المعايير الثلاثة: MYST2، الذي يشفر هيستون أسيتيل ترانسفيراز (HBO1) المتورط في تنظيم تخليق الحمض النووي وفي إشارات مستقبلات هرمون الستيرويد (31-34). في amplicon حوالي 55 ميجا بايت (17q23) ، PPM1D هو الجين الوحيد الذي يلبي جميع المعايير الثلاثة ، على الرغم من أنه لا يدعمه بقوة أي دليل فردي. الجينات TMEM49 و RPS6 كيلو بايت 1 (ترميز كيناز الريبوسوم P70 S6) تقع أيضًا تحت ذروة هذا التضخيم ، وترتبط مستويات التعبير الخاصة بها بشدة بتغيير رقم النسخ في المنطقة (الشكل 4 ج). ذروة التضخيم حوالي 70 ميغابت في الثانية على الكروموسوم 11q13 ، المرتبط أيضًا بالأنواع الفرعية ER + / PR + و HER2 + ، لا تحتوي على جينات مرتبطة بالتكرار (الشكل 4 د). غالبًا ما تُعزى حالة جين السائق إلى CCND1 (ترميز cyclin D1) ، مما أدى إلى زيادة التعبير بشكل ملحوظ في العينات المضخمة ، جنبًا إلى جنب مع الجينات المجاورة ORAOV1 ، FADD، و PPFIA1. في المنطقة حوالي 35 ميغابت في الثانية على الكروموسوم 14q13 ، المرتبط بالنوع الفرعي ER + / PR + ، فقط FOXA1 لديه تعبير مرتفع في الأورام مع زيادة عدد النسخ (الشكل التكميلي S2A).

بالنسبة لمناطق الحذف / الفقد ، لا يوفر السعة أو تواتر التغيير قدرًا كبيرًا من المعلومات كما هو الحال في مناطق اكتساب النسخ نظرًا لوجود كروموسومين على الأكثر يتم فقدهما وعادة ما تكون عمليات الحذف واسعة. لذلك يعتمد تحديد المرشحين بشكل أساسي على ارتباط التعبير الجيني بفقدان رقم النسخ والنتائج السريرية (الشكل التكميلي S2B و C). كلا هذين الخطين من الأدلة يدعم المرشحين ARHGAP18 ، HDAC2، و NCOA7 في عمليات الحذف حوالي 116 ميغابت في الثانية على الكروموسوم 6q (المرتبط بالنوع الفرعي ER + / PR +). يحتوي الحذف الموجود حول 80 ميجا بايت على الكروموسوم 5q13-14 (المرتبط بـ HER2 + والأنواع الفرعية ثلاثية السلبية) على جين واحد مدعوم بسطرين من الأدلة: RASA1، والذي يشفر البروتين المنشط لـ RAS GTPase p120GAP.

MYST2 يحفز نمو خلايا سرطان الثدي

اخترنا جين المرشح السائق MYST2 (المعروف أيضًا باسم HBO1) لمزيد من الدراسة لأنه يحتوي على أدلة داعمة قوية بشكل خاص في تحليلنا. MYST2 مطلوب للنمو في خلايا 293T (31) ولكنه ليس أحد مسببات الأورام. الإفراط في التعبير عن MYST2 (الشكل التكميلي S4) عزز بشكل كبير النمو المستقل عن المرساة لكل من خلايا سرطان الثدي MCF7 (الشكل 5A و B) و SKBR3 (الشكل 5C و D). أظهرت الدراسات السابقة التي أُجريت على خلايا MCF7 ، والتي لديها زيادة متواضعة في عدد النسخ في هذه المنطقة ، أن ضربة قاضية بوساطة siRNA لـ MYST2 يضعف بشكل كبير تكاثر الخلايا ويمنع التقدم خلال المرحلة S من دورة الخلية مقارنةً بعلاج siRNA للتحكم (31). مجتمعة ، الملاحظات التي MYST2 ضربة قاضية تمنع الانتشار وذاك MYST2 يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير إلى تحويل خطوط الخلية إلى حالة أكثر تحولًا لدعم الفرضية القائلة بأن الجين الورمي يقود التضخيم حوالي 45 ميجا بايت في الثانية على الكروموسوم 17.

MYST2 الإفراط في التعبير يعزز تكوين المستعمرة في أجار ناعم. أ. مستعمرات MCF7. الصف العلوي ، الخلايا المنقولة عن طريق الصف السفلي متجه التعبير MYST2 ، الخلايا المنقولة مع ناقل التحكم. ج. مستعمرات SKBR3. الأعمدة اليسرى والوسطى ، الخلايا المنقولة باستخدام ناقل التعبير MYST2 في العمود الأيمن ، الخلايا المنقولة بواسطة ناقل التحكم. ب و د. مخططات مربعة تمثل عدد المستعمرات في MCF7 و SKBR3 ، على التوالي.

رابطة فقدان PTEN والطفرات الجسدية مع الأنواع الفرعية لسرطان الثدي

قمنا بتسلسل مجموعة من الجينات ذات الطفرات المميزة المسببة للسرطان في مجموعة خط الخلية ، وقمنا بتقييم كل من الطفرات التي وجدناها ونشرنا بيانات الطفرات للارتباط بالأنواع الفرعية لسرطان الثدي (الجدول 2). لاحظنا ترددات الطفرات الإجمالية التالية: 73٪ (TP53), 34% (PIK3CA), 11%(RB1), 9% (PTEN), 7% (CDKN2A), 5% (BRAF), 2% (كراس)، و 2٪ (HRAS). هذه بشكل عام تشبه إلى حد كبير تلك الواردة في قاعدة بيانات COSMIC (35). ومع ذلك ، فإن TP53 لديه معدل طفرة أقل في COSMIC (54 ٪) ، لذلك قد يكون لمجموعة خط الخلايا لدينا خصائص مختلفة من 80 عينة من سرطان الثدي التي تحتوي حاليًا على بيانات في COSMIC. لم نر دليلًا على حدوث طفرات TP53 ، PTEN، أو CDKN2A ترتبط بأنواع فرعية محددة من سرطان الثدي. PIK3CA تم إثراء الطفرات في الأنواع الفرعية ER + / PR + و HER2 + ، وهو ما يتوافق مع التقارير السابقة (17) ، على الرغم من أن هذا الإثراء لم يكن ذا دلالة إحصائية.

طفرات الأحماض الأمينية وفقدان البروتين PTEN في خطوط خلايا سرطان الثدي

جميع الطفرات الأربع في براف ، كراس، و HRAS كانت في عينات سلبية ثلاثية. يشير هذا إلى وجود ارتباط بين الطفرات في كيناز البروتين المنشط RAS / RAF / الميثوجين / كيناز كيناز الذي ينظم الإشارة خارج الخلية / مسار كيناز خارج الخلية والنوع الفرعي الثلاثي السلبي (ص = 0.05). تم الإبلاغ أيضًا عن وجود خط خلوي ثلاثي سلبي إضافي (CAL-51) لإيواء طفرة منشطّة للورم في أحد أفراد عائلة RAS (36 ، 37).

تم الإبلاغ سابقًا عن فقدان PTEN ليكون مرتبطًا بالحالة السلبية ER و PR (15 ، 17 ، 38). الطفرة والحذف في PTEN يعد الموضع بدائل غير كاملة لفقدان بروتين PTEN (15 ، 27) ، لذلك قمنا بتقييم الارتباط بين PTEN والأنواع الفرعية في خطوط الخلايا بواسطة لطخة غربية. لاحظنا خسارة PTEN في 59٪ (10 من 17) من العينات الثلاثية السلبية ولكن فقط في 17٪ (2 من 12) من عينات ER + / PR + و 8٪ (1 من 13) من عينات HER2 + (ص = 0.002). كان توقيع عدم استقرار الكروموسومات أعلى في العينات التي تحتوي على فقدان PTEN منه في العينات التي لا تحتوي على ، على الرغم من أن هذا الاختلاف لم يكن ذا دلالة إحصائية (ص & GT 0.05 البيانات غير معروضة).

جميع الطفرات الأربع في RB1 تم العثور عليها في عينات ثلاثية سلبية ، ووجدنا أن فقدان وظيفة بروتين الورم الأرومي الشبكي (RB) يرتبط بالنوع الفرعي الثلاثي السلبي (ص = 0.006). تم فحص تعطيل RB بشكل أكبر في 51 عينة من ورم الثدي باستخدام توقيع تعبير مكون من 59 جينًا يعكس خلل تنظيم RB (39 ، 40). كان هذا التوقيع أعلى بشكل ملحوظ في النوع الفرعي الثلاثي السلبي منه في الأنواع الفرعية HER2 + و ER + / PR + (ص = 0.002 ، الشكل 6). بالإضافة إلى ذلك ، كان توقيع عدم استقرار الكروموسومات أعلى في العينات ذات الطفرة RB1 مقارنة بتلك التي لا تحتوي على (ص = 0.01 بيانات غير معروضة).

يرتبط عدم تنظيم مسار RB بالنوع الفرعي الثلاثي السلبي. يتم تلخيص درجة توقيع RB ، التي تعكس خلل التنظيم في المسار ، في مخطط مربع حسب النوع الفرعي.


طرق الانبثاث

هناك ثلاث طرق أساسية يمكن أن تنتشر بها الأورام إلى الأعضاء البعيدة:

  1. من خلال نظام الدورة الدموية (الدم)
  2. من خلال الجهاز اللمفاوي
  3. من خلال جدار الجسم إلى تجاويف البطن والصدر (transcoelomic).

نظام الدورة الدموية هو الطريق الأساسي للانتشار إلى الأعضاء البعيدة ، بينما توفر الأوعية اللمفاوية طريقًا إلى الغدد الليمفاوية المحلية ، وبعد ذلك تنتقل النقائل غالبًا عبر الدم 4 بينما يبدو أن الجهاز الدوري هو الطريق الأكثر شيوعًا ، مدى اللمفاوية مقابل يبدو أن انتشار الدم يعتمد على أصل وموقع الورم الأساسي .6 على سبيل المثال ، تنتشر أورام العظام والأنسجة الرخوة (الساركوما) في المقام الأول عبر الدم ، بينما ينتشر الورم الميلانيني والثدي والرئة والجهاز الهضمي عبر الجهاز اللمفاوي. الانتشار غير شائع إلى حد ما ، ويبدو أنه يقتصر على ورم الظهارة المتوسطة وسرطان المبيض

لكي تتمكن الخلايا السرطانية من الوصول إلى الأوعية اللمفاوية أو الأوعية الدموية ، تحتاج الأورام إلى تعزيز نمو هذه الأوعية داخل الورم وحوله. يسمى نمو الأوعية الدموية تولد الأوعية ، ونمو الأوعية اللمفاوية هو تكوين الأوعية اللمفاوية.

الجهاز اللمفاوي
يلعب الجهاز اللمفاوي دورًا مهمًا في التحكم في حركة السوائل في جميع أنحاء الجسم. يتحكم الجهاز اللمفاوي على وجه التحديد في تدفق السائل الليمفاوي ، وهو سائل عديم اللون يحتوي على الأكسجين والبروتينات والسكر (الجلوكوز) والخلايا الليمفاوية (الخلية = الخلية). هناك بعض أوجه التشابه والاختلاف بين الجهاز الدوري (المعروف أكثر) والجهاز الليمفاوي.

تندمج الأوعية اللمفاوية الصغيرة في الأوعية الكبيرة وتفرغ هذه الأوعية الكبيرة في النهاية في العقد الليمفاوية. العقد الليمفاوية عبارة عن أنسجة على شكل حبة الكلى توجد في مجموعات تشبه العنب في عدة مواقع حول الجسم. الغدد الليمفاوية هي مواقع لتنشيط الجهاز المناعي وتكاثر الخلايا المناعية (النمو). يتدفق السائل في هذه الشبكة الواسعة في جميع أنحاء الجسم ، تمامًا مثل إمداد الدم. إنها حركة الخلايا السرطانية إلى الجهاز اللمفاوي ، وتحديداً الغدد الليمفاوية ، التي تستخدم في الكشف عن المرض المنتشر. تتم مناقشة مراحل السرطان بمزيد من التفصيل في قسم التشخيص والكشف.

النموذج التشريحي
في النموذج التشريحي للنقائل ، تحدث أورام ثانوية في الأعضاء التي تصادفها أولاً أثناء انتشارها من الورم الرئيسي. This scenario appears to occur in regional metastases, where tumor cells gain access to nearby tissue or lymph nodes through the blood or lymphatic circulation. 9 For example, liver metastasis is a major occurrence in patients with colorectal cancer. In this case, the capillary bed of the liver is the first encountered by the tumor cells after leaving the colon, and the liver seems to provide a suitable environment for the growth of these secondary tumors. 3 However, metastasis to distant organs occurs through a different mechanism (see next section).

The Seed and Soil Hypothesis
Early cancer researchers noticed a propensity for certain cancers to metastasize to the same organ. In 1889 Stephen Paget observed that patients with breast cancer often developed secondary tumors in the liver. He considered it unlikely that this occurrence was due primarily to accessibility of the liver by the blood supply, as other organs receiving equivalent blood supply rarely developed metastases. He instead developed the "Seed and Soil" hypothesis, in which certain tumor cells (the seeds) can only successfully colonize selective organs (the soil) that have suitable growth environments 10

The current view of the Seed and Soil Hypothesis consists of three important concepts.

  1. Primary tumors and their metastases consist of genetically diverse tumor and host cells (for more on the role of the host cells in cancer, see the section on Tumor Microenvironment).
  2. Metastasis selects for cells that can succeed in all phases of the metastatic process. In essence, a successful metastatic cell must be a decathalete: good in all the events, and not just one or two.
  3. Metastases generally develop in a site specific way. Because the microenvironments (the soil) of each organ is different, individual cancer cells may be able to colonize one specific organ.9

At the heart of the Seed and Soil hypothesis is the idea that successful metastasis depends on the interaction of the metastasizing tumor cells with the cells of the target organ (the stroma, or tumor microenvironment). Not only must tumor cells must be able to ينتج factors that alter the stromal cells in such a way as to better serve the survival and growth of the tumor, but the environment in which the cancer cell finds itself must be capable of responding to those signals. If the cancer cell finds itself in an inhospitable soil (i.e. it cannot subvert the stroma to serve its needs), successful metastsis will be impossible. 4

Recent studies examining the profile of genes expressed in tumors that metastasis to specific organs have identified specific genetic signatures of these tumors. For example, genes that mediate the metastasis of breast cancer to bone are different than those that mediate metastasis to the lung. In essence, different sets of genes allow tumor cells to specifically interact with the stromal cells of the target organ. These findings may lead to therapeutic strategies to target the metastatic properties of tumors.11


Targeting receptor tyrosine kinases

Members of the EGF receptor family have proved important potential targets for anti-cancer drugs, and several inhibitors have been approved or are in clinical trials. They include the monclonal antibody Herceptin (trastuzumab), which targets the receptor Her, and small-molecule inhibitors. Gary Pestano (Ventana Medical Systems, Tucson, USA) discussed the evaluation of tissue-derived diagnostic phosphorylated biomarkers in the EGF receptor pathway and presented the company's experiences with biomarker validation in the context of colorectal cancer progression. Upward and downward trends of various markers were documented as colorectal tumors underwent local and then distal metastasis. He presented a case study in which biomarker levels measured by the company's proprietary technology revealed a poor prognosis phenotype in a colorectal tumor of a Ventana employee, enabling the patient to elect to have adjuvant combination chemotherapy following radiation and colostomy.

Janet Dancey (National Cancer Institute, NIH, Bethesda, USA) described outcomes in clinical trials of EGF receptor inhibitors. Her receptors, which bind the EGF-like growth factor heregulin, were inhibited using either antibodies that target the extracellular portion of the receptor, or small molecules that target one or more kinase domains, or antisense oligonucleotides intended to suppress expression of a specific Her-family gene. Differences were observed in the toxicity and efficacy of antibodies versus small molecules that can be explained, at least in part, in terms of differences in mechanism of action, off-target activity, and pharmacokinetic behavior في الجسم الحي. Single-agent treatment of EGF receptor inhibitors (antibodies or small-molecule inhibitors) gave modest objective responses in lung, brain, head and neck, ovarian, esophageal, liver, and colon cancers. Studies of antibodies or small-molecule inhibitors in combination with cytotoxic chemotherapy or radiation have demonstrated survival benefits in some cases. Many additional randomized controlled trials are under way, and a clearer view of the utility of numerous single-agent and combination approaches to EGF-receptor-targeted therapy should emerge within the next two to three years.

Many cancer patients have mutations of EGF receptor genes, and Daniel Haber (Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, Boston, USA) presented analyses of the impact of EGF receptor mutations on individual sensitivity and resistance to tyrosine-kinase inhibitors. Opening with an anecdotal report of a Boston woman apparently cured of lung cancer with gefitinib, a small-molecule tyrosine-kinase inhibitor that has proved of very limited efficacy in most people, his presentation focused on studies of patients and model systems aimed at understanding why some patients respond to therapy with gefitinib and others do not. Most of the patients (40-80%) responding to small-molecule inhibitors of EGF receptor kinase domains exhibit kinase-activating mutations or gene amplification. In contrast, patients lacking mutations or amplification respond only rarely (10-15%). When compared with signaling by wild-type EGF receptors, signaling by mutant EGF receptors increases phosphorylation of the kinase Akt and the transcription factor Stat5 and downregulates Erk. Exposure of cells bearing mutant receptors to clinically achievable concentrations of small-molecule inhibitors of EGF receptors leads to apoptosis. Significantly higher drug concentrations are required to produce apoptosis in the context of the wild-type receptor. Regrettably, approximately half of the patients responding well to the small-molecule inhibitors do so for only a short time (3-6 months), after which relapse occurs, because the kinase domain has developed a drug-resistance mutation - Thr790Met, which is analogous to the imatinib-resistant Thr315Ile mutation in Bcr-Abl.

Mark Sliwkowski (Genentech, South San Francisco, USA) is examining the EGF receptor family with a view to designing new antibodies that target the receptor Her2, the target Herceptin. High-resolution X-ray crystallographic structures have provided detailed insights into Her2 heterodimerization and Her2-antibody interactions. These structures suggest alternative epitopes for targeting with novel antibodies. The Her2 sheddase (Mmp15, a membrane-linked metalloprotease) is responsible for cleavage of the extracellular component of the receptor, and Sliwkowski also described how resistance to Herceptin may be correlated with Mmp15 cleavage activity, which yields an activated, truncated form of the receptor lacking the epitope recognized by Herceptin. This hypothesis is currently being evaluated. Enzyme-kinetic analyses of Her2 with mutations in the kinase domain have explained the increased sensitivity of tumors bearing these mutant receptors to small-molecule inhibitors compared with tumors bearing a non-mutant receptor. These results suggest that high doses of small-molecule inhibitors will be crucial for treating patients with tumors driven to proliferate by non-mutant Her2.

Flt3 is a receptor tyrosine kinase that is important in leukocyte development and is being targeted as a possible treatment for AML. Donald Small (Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, USA) described studies on Flt3 in AML patients. Individuals carrying the internal tandem duplication mutation in FLT3 have considerably poorer responses to conventional induction chemotherapy with cytarabine and daunarubicin (the so-called 7+3 therapy) and correspondingly poor prognoses. Recent advances in preclinical characterization and clinical studies of Flt3 inhibitors were described in detail. The responses of patients with the internal tandem duplication mutation to therapy with a single Flt3 inhibitor are critically dependent on the blood levels of the drug. Current clinical studies on Flt3 inhibitors focus on relapsed AML patients who are receiving either high-dose cytarabine or a combination of mitoxantrone, etoposide and cytarabine. Ultimately, the best prospects for such inhibitors are likely to be in the setting of 7+3 induction chemotherapy for newly diagnosed AML patients with the Flt3 internal tandem duplication mutation.


Conclusions and perspectives

The advent of CRISPR technology has revolutionized the biological sciences and provided cancer biologists with a powerful gene-editing method that can alter the genetic make-up of cells in unprecedented ways. Indeed, promising results have been achieved in diverse disciplines, from basic research to the development of potential therapies against cancer, congenital defects, and other chronic diseases. Many challenges associated with CRISPR technology still exist, mainly in clinical use associated with delivery and safety. 69 Improved strategies will be required to increase the targeting efficiency and to minimize off-target effects. Ensuring that CRISPR/Cas9 has precise genome-editing ability is also important. Following CRISPR/Cas9 mediated DSBs, DNA repair can be achieved by either the “error-prone NHEJ” or “precise repair through HDR” in the genome. In an effort to promote HDR over NHEJ, a study by Maruyama et al. used the NHEJ inhibitor Scr7 and observed that Scr7 treatment did indeed increase the levels of HDR-mediated genome editing over NHEJ. 70 In addition to concerns regarding off-target effects, considerations regarding the immune response to CRISPR-mediated gene-editing must also be considered. The Cas9 protein is bacterial in origin and thus might elicit an immune response, which could in turn affect its gene-editing efficiency. Also, the exogenous sgRNAs may be cleared by immune cells like monocytes and macrophages. 71 The delivery approach for CRISPR/Cas9 thus depends upon the objective as well as the target. Transient expression of the sgRNA and the Cas9 protein through microinjection might be safer than other non-viral or viral delivery methods. Viral delivery has the highest efficiency for the expression of the Cas9 protein and sgRNA, but comes with risks. During one in vivo study, the lentivirus particles elicited a strong immune response in treated animals, which affected the efficacy of the lentiviral vector. 72 Another issue with lentiviral delivery is also the possibility that the lentiviral vector could randomly integrate into the cellular genome. To overcome this issue, integrase-deficient lentiviral vectors, nanoparticle carriers, or an inducible system could be used for delivery of CRISPR/Cas9.

The prohibitively high costs for CAR T-cell therapy have made this treatment unavailable to a large section of society. CAR T-cell therapy offered by Novartis, the first approved by the FDA, costs $475,000 per treatment however, further advances in CRISPR technology might help reduce costs and make CAR T-cell therapy available to more patients. So far, the majority of CRISPR clinical trials are being conducted in China. A recent article in the Wall Street Journal suggested that this may be due to the fact that fewer rules and restrictions exist in China. Indeed, Dr. Shixiu Wu from the Hangzhou Cancer Hospital, who was featured in the article, 73 has been able to use CRISPR technology-based treatments on his cancer patients, without the need for national regulatory approval and has few reporting requirements. Many scientists worry that the technology has the potential to harm patients and that unintended consequences from using CRISPR on patients without sufficient oversight could hinder progress in the whole field. Dr. Wu recognized that he was undertaking risks in using CRISPR-based treatments for his cancer patients, but was considering their limited available survival time. The thought is that being able to live for additional time is better than imminent death. Persistent post-treatment monitoring of patients could help to eliminate or treat any unwanted consequences. Indeed, treatment-related observations could potentially save many lives of those who are on the brink of death.

We need consider the limitation as seriously as the potential benefits of this technology. A new human trial, in which the team took a crash course in bioethics and created CRISPR babies, brought the ethical issues and controversies into the public. One hundred and twenty-two Chinese scientists and many other scientists worldwide have already condemned the trial. How to use this powerful without overstepping the ethical bottom line is a serious question that needs careful consideration. We might expect more positive reports from clinical trials as well as the development of improved approaches that will bring new hope for personalized therapy.


الحواشي

Declaration of Conflicting Interests: The author(s) declared no potential conflicts of interest with respect to the research, authorship, and/or publication of this article.

التمويل: The author(s) received the following financial support for the research, authorship, and/or publication of this article: Patrick C. Ma received research support from Daiichi Sankyo Inc. and ArQule Inc. in sponsored clinical trial funding and has received consultant honoraria as an advisory board member.


شاهد الفيديو: الأحياء للثانوية العامة 66 الطفرات الوراثية (كانون الثاني 2022).