محققان مرکز پزشکی Weill Cornell و مرکز ژنوم نیویورک (NYGC)، مجموعه قدرتمند جدیدی از ابزارهای علمی طراحی کرده‌اند که آنها را قادر به پایش تکامل مولکولی سرطانها می‌سازد. این ابزارها، فهم بهتری از چگونگی پیدایش سرطانها و گسترش آنها در بدن و همچنین نحوه پاسخ‌دهی آنها به درمانهای مختلف، فراهم می‌آورد.
نتایج این مطالعه در نشریه Nature و Nature Communications منتشر شده‌است.
رویکرد جدید، محققان را قادر می‌سازد تا سلولهای سرطانی نمونه برداری شده از افراد را ایزوله کرده و از نشانهای اپی ژنتیک بر روی کروموزومهای سلول، نقشه برداری کنند. نشانهای اپی ژنتیک، نشانهای شیمیایی بر روی DNA یا پروتئینهای مرتبط با DNA (تحت عنوان هیستونها) هستند که در کنترل فعال یا غیرفعال بودن هر ژن در سلول، دخیل می‌باشند. آنها اساسا، کاری که سلول باید انجام دهد و کارهایی که نباید در سلول صورت گیرد را برنامه ریزی می‌کنند. مطالعات پیشین نشان داده‌اند بخشی از سرطانها بدلیل تغییرات اپی ژنتیک در سلولها ایجاد می‌شوند، ولی مطالعات بسیار اندکی در این زمینه انجام شده‌است، در حالیکه جهشهای ژنتیکی عامل سرطان، توجه بیشتری به خود جلب کرده‌اند.
در این مطالعه، دانشمندان مجموعه‌ای از نشانهای اپی ژنتیک –”اپی‌ژنوم”— را در هزاران سلول سرطانی بدست آمده از بیماران مبتلا به لوسمی لنفوسیتیک مزمن (CLL)، نقشه برداری کردند. این بدخیمی که بصورت آهسته پیشرفت می‌کند، سلولهای سفید خون تحت عنوان سلولهای B را تحت تاثیر قرار می‌دهد. دانشمندان این مجموعه عظیم از داده‌های اپی ژنتیکی را بمنظور مشخص ساختن نحوه تکامل سرطانها در سطح اپی ژنتیکی و چگونگی پاسخ این سرطانها به درمان استاندارد با داروی ibrutinib، مورد بررسی قرار دادند.
دکتر دن لانداو، استادیار پزشکی و عضو مرکز سرطان Sandra and Edward Meyer در مرکز پزشکی Weill Cornell گفت: “ما با این اطلاعات اپی ژنتیکی قادر بودیم دودمان سلولی این سلولهای سرطانی را با دقت بالا و به صورتیکه قبلا بر روی نمونه‌های انسانی انجام نشده بود، پایش کنیم. این نوع آنالیز می‌تواند دیدگاه‌هایی در مورد چگونگی تطابق سرطانها با چالشهایی مانند درمانهای دارویی، به ما ارائه کند.”
دکتر لانداو و تیمش از روش جدید خود برای نقشه برداری از نشانهای اپی ژنتیکی تحت عنوان متیلاسیون در نزدیک به ۸۰۰ سلول B طبیعی از ۶۰ فرد سالم و ۱۸۰۰ سلول سرطانی از ۱۲ بیمار مبتلا به CLL، بهره بردند. آنها دریافتند در جمعیتهای سلولی بیماران CLL، میزان اپی‌موتاسیون، میانگین تغییرات اپی‌ژنوم در هر تقسیم سلولی، بصورت غیر طبیعی و یکپارچه‌ای بالا بود که به طیف گسترده‌ای از الگوهای اپی ژنتیکی در میان سلولها منتهی می‌شد.
قبلا دکتر لانداو و محققان، چگونگی وقوع تنوع در سطح ژنتیکی سرطانها را که به پیدایش سلولهای متنوع با مجموعه‌های متمایز از جهشهای ژنی منجر می‌شد، مشخص ساخته بودند. لانداو اذعان داشت: “این تنوع عظیم در جمعیت سلولهای سرطانی بدین معنی است در هر بیمار، با هزاران نوع سلول سروکار داریم، و تمامی این تنوعها، توانایی سرطان را در تطابق پذیری با چالشهایی مانند درمانی دارویی، افزایش می‌دهد. اکنون، ما در حال اثبات این ایده هستیم که تنوع اپی ژنتیکی همانند تنوع ژنتیکی، در سلولهای سرطانی وجود دارد.”
تیم تحقیق قادر بود داده‌های اپی ژنومیک را برای ردیابی دودمان هر سلول سرطانی تا منشا سرطانی آنالیز کند و نحوه تکامل آن در طول دوران بیماری را مشخص سازد. دانشمندان همچنین سلولهای CLL را بر اساس الگوهای اپی ژنومی مشابه، در گروه‌های متفاوتی قرار دادند و نشان دادند برخی گروه‌ها به درمان با ibrutinib حساس است. این نوع آنالیز می‌تواند چگونگی عملکرد یک دارو یا ترکیب داروها علیه یک سرطان مشخص را آشکار سازد و می‌تواند به راه‌های بهتری برای پایش پیشرفت تومور و تشخیص مقاومت دارویی منجر شود. فور
دکتر لانداو و همکارانش در مطالعه Nature Communications نشان دادند می‌توانند نشانهای اپی ژنتیکی با عنوان تغییرات هیستونی را در کنار متیلاسیون DNA، با همان دقت تک سلولی، نقشه برداری کنند. DNA با پیچیدن به دور پروتئینهای هیستون، بصورت کروموزومها دسته بندی می‌شود. تغییرات شیمیایی کوچک در هیستونها می‌تواند این پیچش را شل یا سفت‌تر کند که به سرکوب یا آغاز فعالیت ژن منجر خواهد شد. در این مطالعه محققان نشان دادند جمعیتهای سلولی CLL، مجموعه‌های هیستونی خود را بهمراه دیگر نشانهای اپی ژنیتکی، تغییر می‌دهند.
هر دو مطالعه، از دست رفتن نظم بالای اپی ژنتیکی موجود در سلولهای CLL را تایید کردند. دکتر لانداو اذعان داشت: “سلولهای طبیعی انسان برای عملکرد بسیار دقیق در ساختار یک ارگانیسم چند سلولی، برنامه ریزی شده‌اند. سلولهای سرطانی به موجودی شبیه به یک ساختار تک سلولی مانند باکتری تبدیل می‌شوند که تمایل به ایجاد تنوع، جمعیت سلولی آنها را انعطاف پذیرتر می‌سازد.
همچنین هر دو مطالعه نشان داد رویکرد ابداع شده توسط دکتر لانداو و همکارانش می‌تواند برای نقشه برداری از نه تنها اطلاعات اپی ژنتیکی بلکه اطلاعات ژنتیکی مانند توالی DNA نیز مورد استفاده قرار گیرد.
دکتر ریچارد فورمن، مدیر مرکز CLL در مرکز Cornell Weill و انکولوژیست گفت: “فهم دقیق از تغییرات اپی ژنتیکی که در سلولهای منفرد رخ می‌دهد، دیدگاه‌های بهتری به چگونگی ایجاد مقاومت به درمانهای ما و نحوه جلوگیری از رخداد این مقاومتها در آینده، فراهم می‌آورد. این اطلاعات برای یاری رساندن به بیماران CLL بمنظور طول عمر طبیعی، حیاتی خواهد بود.” دکتر لانداو گفت: “ما امید داریم از این توانایی بمنظور کسب اطلاعات عمیق‌تر از سلولهای منفرد براری فهم ارتباطهای شیمیایی متفاوت که نحوه‌ی پیشرفت سرطان و مقاومت آنها به درمانهای دارویی را مشخص می‌سازد، بهره ببریم.”
