Inligting

Kan tumorselle normale genomiese profiele hê?

Kan tumorselle normale genomiese profiele hê?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek het primêre tumorselle ontdooi en FACS uitgevoer. Hulle was EpCAM positiewe selle. Toe het ek hulle as organoïede in 3D uitgebrei en nog 'n FACS-analise gedoen. Weereens, hulle was EpCAM positief. Ek het ook organoïede na patologie gestuur vir IHC. Resultate het getoon dat hulle EpCAM, EGFR en panCK uitgedruk het. Maar tot my verbasing het die Ampli LowPass-volgorde-resultate getoon dat hulle 'n gebalanseerde profiel het soos normale selle. Hoe kon dit verklaar word? Enige hulp (kommentaar, vraestelle,...) word waardeer. Dankie.


Ek dink dit is die vraestel oor die Ampli LowPass-volgorde-tegniek. Alhoewel, ek het dit nie deeglik gelees nie, maar uit die abstrakte en resultaat afdeling titels, blyk dit dat hierdie tegniek ontwerp is vir die opsporing van CNV's. Aangesien dit lae deurlaat (d.w.s. lae dekking) is, sal dit moontlik nie vervangings en klein indels akkuraat opspoor nie.

Jou selle kan mutasies hê, maar nie groot chromosomale herrangskikkings nie. Dit is nie nodig vir tumorselle om sulke chromosomale afwykings te hê nie. Trouens, 'n eenvoudige ooruitdrukking van 'n onkogeen of 'n puntmutasie wat verminderde/verlies van aktiwiteit van 'n tumoronderdrukker (vir bv. p53) veroorsaak, is genoeg vir tumorgenese.


Enkelselvolgordebepaling van genomiese DNA los subklonale heterogeniteit in 'n melanoomsellyn op

Ons het vlak enkelselvolgordebepaling van genomiese DNA oor 1475 selle vanaf 'n sellyn, COLO829, uitgevoer om algehele kompleksiteit en klonaliteit op te los. Hierdie melanoom tumor-lyn is voorheen gekenmerk deur veelvuldige tegnologie en is 'n maatstaf vir die evaluering van somatiese veranderinge. In sommige van hierdie studies het COLO829 teenstrydige en/of onbepaalde kopienommer getoon en dus bied enkelselvolgordebepaling 'n hulpmiddel om insig te verkry. Na vlak enkelselvolgordebepaling het ons eers ten minste vier hoofsubklone geïdentifiseer deur diskriminerende analise van hoofkomponente van enkelselkopienommerdata. Gebaseer op groepering, breekpunt en verlies van heterosigositeitsanalise van saamgevoegde data van subklone, het ons duidelike kenmerkgebeurtenisse geïdentifiseer wat binne grootmaatvolgordebepaling en spektrale kariotipering bekragtig is. Samevattend vertoon COLO829 'n klassieke Dutrillaux se monosomiese/trisomiese patroon van kariotipe evolusie met endoreduplisering, waar konsekwente subklone na vore kom uit die verlies/wins van abnormale chromosome. Oor die algemeen demonstreer ons resultate hoe vlak kopienommerprofiel verborge biologiese insigte kan ontbloot.


Evaluering van sellyne as tumormodelle deur vergelyking van genomiese profiele

Kankersellyne word gereeld as in vitro tumormodelle gebruik. Onlangse molekulêre profiele van honderde sellyne van The Cancer Cell Line Encyclopedia en duisende tumormonsters van die Cancer Genome Atlas laat nou 'n sistematiese genomiese vergelyking van sellyne en gewasse toe. Hier ontleed ons 'n paneel van 47 eierstokkanker-sellyne en identifiseer dié wat die hoogste genetiese ooreenkoms met eierstokgewasse het. Ons vergelyking van kopie-getalveranderinge, mutasies en mRNA-uitdrukkingsprofiele openbaar uitgesproke verskille in molekulêre profiele tussen algemeen gebruikte eierstokkankersellyne en hoëgraadse sereuse eierstokkankergewasmonsters. Ons identifiseer verskeie selde gebruikte sellyne wat meer ooreenstem met verwante tumorprofiele as sellyne wat algemeen gebruik word, en ons stel hierdie lyne voor as die mees geskikte modelle van eierstokkanker. Ons resultate dui daarop dat die gaping tussen sellyne en gewasse oorbrug kan word deur genomies ingeligte keuses van sellynmodelle vir alle tumortipes.

Syfers

Figuur 1. Genomiese vergelyking van TCGA HGSOC...

Figuur 1. Genomiese vergelyking van TCGA HGSOC monsters met CCLE eierstokkanker sellyne dui daarop ...

Figuur 2. Gehipermuteerde sellyne is uitskieters.

Figuur 2. Gehipermuteerde sellyne is uitskieters.

Die vergelyking van mutasiefrekwensie (horisontaal) en graad ...

Figuur 3. Rangskikking van eierstokkanker-sellyne...

Figuur 3. Rangskik eierstokkanker-sellyne volgens geskiktheid as HGSOC-modelle.

Figuur 4. Uitdrukking-gebaseerde groepering van al 963...

Figuur 4. Uitdrukking-gebaseerde groepering van al 963 CCLE sellyne van diverse tumor tipes.


Molekulêre profilering van gewasse

Om gewasdiversiteit te evalueer en om die evolusie van kanker beter te verstaan, kan gepaarde-end volgordebepaling eksperimente die genetiese samestelling van gewasse toelig. 'n Enkele monster sal 'n momentopname verskaf van die eindresultaat van hierdie evolusionêre prosesse oor die selle wat op daardie tydstip in volgorde is. Ons wil graag hierdie inligting gebruik om die evolusionêre geskiedenis van die gewas af te lei, die tempo van mutasie en seleksie te evalueer en toekomstige reaksies van die gewas te voorspel op omgewings wat moontlik deur verskeie geneesmiddelprotokolle beheer word.

Die bespeurde mutasies kan die vorm aanneem van enkelnukleotiedvariante (SNV's), waarin 'n enkele nukleotiedvervanging plaasvind (of, af en toe, 'n paar opeenvolgende basisveranderinge), of strukturele variante (SV's), waarin stukke DNA foutiewelik gekopieer word , geskrap of misplaas, wat weer kan lei tot kopiegetalvariasies (CNV's). Epigenetiese veranderinge wat chromatienkonformasie beïnvloed, soos DNA-metilering of histoonmodifikasies, kan ook ontstaan. Gepaarde-end-volgordebepaling bied 'n manier om relatief omvattende beskrywings van al hierdie somatiese variasie te verkry [20].

Tog kan 'n enkele momentopname van 'n genoom net soveel inligting verskaf. Moderne volgordebepalingstegnieke maak nou ontleding van ruimtelike en tydelike effekte moontlik. Byvoorbeeld, monsters kan van verskillende plekke in 'n pasiënt geneem word, hetsy binne 'n weefsel of insluitend primêre tumor en ver metastases [18,19]. Sulke steekproefneming kan ook 'n tydreeks insluit, waarin byvoorbeeld monsters voor en na behandeling of tydens aanvanklike en terugvalaanbieding gebruik kan word om te ondersoek hoe genetika korreleer met kliniese protokolle of uitkoms [17]. Alhoewel direkte volgordebepaling van monsters nou gereeld uitgevoer word, is mutasieseine van klein subgroepe selle moeilik om op te spoor. Diepvolgordebepaling kan hierdie probleme ietwat versag [21–23], maar alternatiewe tegnieke word ook beskikbaar. Enkelselvolgordebepaling is byvoorbeeld nou moontlik [24,25], alhoewel die sein wat verkry word relatief raserig is en hierdie eksperimente tans die beste gekombineer word met die inligting wat verkry word uit standaard veelsellige volgordebepalingsprotokolle. Alternatiewelik is ultrasensitiewe metodes wat sirkulerende tumor-DNA van plasmamonsters kan opspoor, ook moontlik [26]. Ten slotte is eksperimentele tegnieke anders as volgordebepaling, tipies nie genoomwyd nie, maar sommige enkelsel-gebaseerde, ook toegepas (byvoorbeeld fluoressensie tegnieke [26-28]).

Daar was die afgelope paar jaar gesamentlike internasionale pogings om omvattende biblioteke van kankergenoomdata oor 'n reeks weefsels te produseer, insluitend The Cancer Genome Atlas (TCGA) (http://cancergenome.nih.gov/) en die International Cancer Genome Konsortium (ICGC) (https://icgc.org/). Albei het oop-toegang data versamel vir honderde tot duisende monsters wat beskikbaar is aan die kankernavorsingsgemeenskap vir verdere studie. Die generering van hierdie groot volumes data van verskillende tipes lei onvermydelik tot 'n reeks rekenkundige en statistiese uitdagings.


As genomiese analise gedoen word, moet gene van beide kankergewas en normale weefsel ontleed word

'n Genoom is 'n lewende wese se volledige stel DNA (deoksiribonukleïensuur), insluitend al sy gene. Gene is deeltjies in selle, vervat in chromosome, en gemaak van DNA. DNA bevat die instruksies vir die bou van proteïene. En proteïene beheer die struktuur en funksie van al die selle waaruit jou liggaam bestaan.

DNA kan mettertyd verander of beskadig word. Hierdie abnormale veranderinge in DNA word genetiese mutasies genoem. Sommige DNA-veranderinge is skadeloos, maar ander kan siektes veroorsaak. Kankerselle word 𠇋orn” wanneer abnormale veranderinge in DNS selle vertel om vinniger te groei en anders op te tree as wat hulle behoort. Soos hierdie kankerselle vermeerder om 'n gewas te vorm, bly hulle verander – en word meer en meer van mekaar verskil. Soos 'n kanker groei, word nuwe en verskillende tipes borskankerselle binne dieselfde kanker geskep. Die mengsel van selle wat mettertyd opbou, word al hoe meer kompleks. Dus al is elke sel van 'n kanker verwant aan dieselfde oorspronklike "ouer" sel, is al die selle waaruit 'n kanker bestaan ​​nie dieselfde nie. Die idee dat verskillende soorte selle een kanker vorm, word "tumor heterogeniteit" genoem.

Teen die tyd dat 'n borskankergewas 1 sentimeter (minder as 'n halwe duim) groot is, verskil die miljoene selle waaruit die knop bestaan, baie van mekaar. En elke kanker het sy eie genetiese identiteit, of vingerafdruk, geskep deur die DNS in sy selle. Twee mense met borskanker wat dieselfde ouderdom, lengte, gewig en etnisiteit het, en wat soortgelyke mediese geskiedenis het, het byna seker twee baie verskillende kankers. Die enigste ding wat die kankers in gemeen het, is dat hulle uit 'n borsweefselsel begin het.

Genomiese analise is 'n relatief nuwe manier om te soek na unieke genetiese mutasies in kankergewasse. Genomiese analise beteken navorsers karteer (genoem volgordebepaling) die genoom van 'n kankergewas om te soek na mutasies wat kan toelaat dat 'n kanker behandel word met 'n medisyne wat spesifiek daardie mutasie teiken – 'n geteikende terapie medisyne.

Sommige borskankers is byvoorbeeld HER2-positief. Dit is as gevolg van 'n mutasie wat te veel kopieë van die maak HAAR 2 geen. Die geteikende terapie Herceptin (chemiese naam: trastuzumab) werk deur aan HER2-reseptore te heg en te keer dat hulle groeiseine ontvang. Herceptin is nie effektief op HER2-negatiewe kankers – kankers wat nie daardie spesifieke mutasie het nie.

'n Studie stel sterk voor dat kankergewasgenome vergelyk moet word met genome van nie-kankeragtige weefsel van die pasiënt, sodat dokters seker kan wees dat enige mutasies wat gevind word, uniek aan die kanker is.

Die studie is gepubliseer in die 15 April 2015-uitgawe van Wetenskap Translationele Geneeskunde. Lees die opsomming van “Gepersonaliseerde genomiese ontledings vir kankermutasie-ontdekking en -interpretasie.”

"Hospitale en maatskappye begin toenemend pasiënte se gewasse in 'n poging om terapie te personaliseer," sê Victor Velculescu, MD, Ph.D., professor in onkologie en patologie en mede-direkteur van die Kankerbiologie-program by die Johns Hopkins Universiteit Skool vir Geneeskunde, wat die hoofskrywer van die studie was. “Hag, baie rangskik nie elke persoon se normale weefsel om nie-kankerverwante veranderinge uit te filter en om werklik te verstaan ​​wat in die gewas voorkom nie.”

In die studie het die navorsers die genome van beide kankergewas en normale weefsel van 815 mense met 15 verskillende soorte kanker ontleed. Toe hulle net na genomiese resultate van die kankergewasse gekyk het, het hulle 'n aantal mutasies gevind. Maar toe hulle die genomiese resultate van die kankergewasse vergelyk het met die genomiese resultate van die normale weefsel, het hulle gevind dat baie van die mutasies ook in die normale weefsel was. Dit beteken dat hierdie mutasies nie geskik is vir doelgerigte terapie behandeling nie.

Nie alle genetiese mutasies in 'n kankergewas is direk verwant aan die kanker nie. Sommige mutasies is wat navorsers kiemlynveranderinge noem. Kiemlynmutasies is veranderinge in gene wat van jou ouers geërf word en is in al jou DNA (jou hele genoom). Hierdie kiemlynveranderinge verskil van persoon tot persoon en is deel van wat elke mens uniek maak. Ander genetiese mutasies word nie geërf nie en kan gedurende jou lewe plaasvind. Sommige mutasies vind plaas tydens seldeling, wanneer DNA gedupliseer word. Ander mutasies word veroorsaak wanneer DNS beskadig word deur omgewingsfaktore, insluitend UV-straling en chemikalieë.

Die meeste genetiese mutasies is nie skadelik nie, maar sommige kan siektes, soos kanker, veroorsaak.

Die navorsers het gesê dat dokters slegs deur die genoom van 'n persoon se kankergewas met die persoon se normale weefsel te vergelyk, kan weet watter genetiese veranderinge meer geneig is om kankerverwant te wees, asook watter doelgerigte terapieë waarskynlik sal werk.


Ontbinding van klonale en subklonale tumorstruktuur

Vroeë sukses van enkelselvolgordebepalingstoepassings in kankernavorsing het gekom van die studies van klonale en subklonale struktuur van primêre gewasse. DNS-gebaseerde enkelselvolgordebepaling is toegepas op bors [7, 20, 21, 26, 156, 157], nier [158], blaas [159], en kolon gewasse [39, 160, 161], glioblastoom [162] ], en hematologiese maligniteite soos akute myeloïede leukemie en akute limfoblastiese leukemie [11, 33, 163,164,165]. Hierdie studies het die bestaan ​​van algemene mutasies onder verskillende kankerselklone in individuele kankerpasiënte getoon, wat bewyse verskaf het vir die oorsprong van algemene kankerselle en daaropvolgende klonale evolusie. Intussen het die toepassing van scRNA-seq in glioom [22, 51, 166] getoon dat seldifferensiasie van neurale stamselle ook bydra tot tumor heterogeniteit, en sodoende 'n kankerstamselmodel ondersteun. Veral, 'n onlangse studie van intra-tumor diversifikasie van kolorektale kankers [42] geïntegreer enkel-sel tegnologie en tumor organoïde kultuur om te wys dat kankerselle 'n paar keer meer somatiese mutasies as normale selle gehad het. Die skrywers van hierdie studie het ook waargeneem dat die meeste van die mutasies tydens die finale dominante klonale uitbreiding plaasgevind het, bygedra deur mutasieprosesse afwesig van normale kontroles. Benewens kanonieke mutasies, was transkriptomiese veranderinge en DNA-metilering sel-outonoom, stabiel en het die filogenetiese boom van elke kanker gevolg. Die studie deur Roerink et al. [42] het 'n paradigma van kankerevolusie verskaf deur klonale en subklonale tumorstrukture te karakteriseer, en die potensiële dinamika van kankerprogressie aangedui. Hierdie bevindinge illustreer die unieke krag van enkelselvolgordebepaling om die diversiteit van kankerselle te karakteriseer, wat lei tot verskillende evolusionêre modelle tussen kankers. In die besonder het enkelseldata die kankerstamselmodel uitgedaag deur te wys dat voortgesette proliferasie en klonale uitbreiding die meerderheid tumorselle gevorm het. Verder het scRNA-seq data die kankerstamselmodel ondersteun deur die bydrae van seldifferensiasie tot tumorheterogeniteit te demonstreer. Kopiegetalwisselings (CNA's) en puntmutasies van kankerselle was onderhewig aan verskillende evolusionêre modusse, met eersgenoemde wat gepunktueerde evolusie verkies het en laasgenoemde het geleidelike akkumulasie verkies. Uitstaande ongelykhede moet opgelos word voordat konsekwente modelle van kankergenese en -evolusie op 'n wye reeks kankers toegepas kan word. Studies met groter steekproefgrootte en hoër molekulêre en sellulêre resolusie is nodig om verskeie kanker-evolusiemodelle te versoen. Volgorde-analise van enkelsel-afgeleide organoïede kan 'n sjabloon verskaf vir die ondersoek van kanker-evolusie, maar dit moet uitgebrei word na groter monsters en ander kankertipes.


Medulloblastoom

MB is die mees algemene kwaadaardige breingewas by kinders en is 'n embrionale neuroepiteelgewas van die serebellum [26]. Ongeveer een derde van pasiënte met MB-gewasse bly ongeneeslik en huidige behandelings het gepaardgaande toksisiteite wat aansienlike gestremdhede by langtermyn-oorlewendes kan veroorsaak. Terwyl die gewasse relatief goed omskrewe massas vorm wat chirurgies uitgesny kan word, spruit morbiditeit uit hul metastatiese verspreiding via die serebrospinale vloeistof na die leptomeningeale ruimtes. MB-gewasse word gekenmerk deur spesifieke morfologiese en genetiese eienskappe [26]. Die morfologiese differensiasie van MB-gewasse vind hoofsaaklik langs neuroepiteellyne plaas, terwyl gliale differensiasie ongewoon is. Soos embrionale SSS-gewasse, kan MB's merkers van neuronale en gliale sellyn soos sinaptofisien en GFAP uitdruk.

Ontdekking en karakterisering van MB-kankervoortplantingselle

MB CPC's is geïsoleer deur hul uitdrukking van CD133 en is gevind in 1�% van chirurgies resekseerde gewasse van beide klassieke en desmoplastiese variante van MB [5]. So min as 1 000𠄵,000 CD133+-selle kan MB-gewasse in nu/nu muise, terwyl 10 keer meer CD133 − selle nie kon [5,36].

Seinweë wat lei tot die ontstaan ​​van medulloblastoom

Die sel van oorsprong van MB's bly nie-definitief [26]. Die morfologie van tumorselle en hul ligging in die serebellum het gelei tot die gedagte dat gewasse kan ontstaan ​​uit BNP's wat in die eksterne kiemlaag (EGL) van die serebellum voorkom. Dit is beperkte PGC's wat aanleiding gee tot slegs korrelneurone. Die serebellêre ventrikulêre sone, wat bestaan ​​uit 'n band van stam- en stamvaderselle wat die vierde ventrikel beklee, gee aanleiding tot die BNP's [14]. Die BNP's prolifereer in die EGL en migreer dan om die interne korrellaag te vorm na differensiasie na neurone. Daar is getoon dat MB-selle merkers uitdruk wat gewoonlik met BNP's geassosieer word, soos p75NTR, TrkC, Zic1 en Math1 [67,68]. Daar is ook getoon dat MB's stamselmerkers uitdruk en die vermoë het om te onderskei in neurone en glia, wat daarop dui dat hul oorsprong van NSS's kan wees [6,55]. Onlangs is daar voorgestel dat subtipes MB (desmoplastiese, anaplastiese en grootsel MB's en MB met uitgebreide nodulariteit) ontstaan ​​uit BNP's en ander uit NSS'e [26�].

Die aktivering van die SHH-weg speel 'n kritieke rol in MB-vorming (Tabel 1). Die SHH-pad reguleer NSS-ontwikkeling en kan BNP-verspreiding veroorsaak [69]. Die gelapte (Ptc) reseptor is 'n antagonis van die SHH seinpad, en mutasies van Ptc sal die pad aktiveer [70]. Ptc mutasies is waargeneem in baie menslike MB's, insluitend sporadiese gewasse en in gewasse wat ontstaan ​​​​in pasiënte met Gorlin se sindroom ('n outosomale dominante versteuring waarin pasiënte met verskeie neoplasmas presenteer, insluitend basale selkarsinoom en MB) [71,72]. Gebruik van die ptc mutante muis het 'n wyd bestudeerde model van MB geword [73]. Die blokkade van die SHH-weg met 'n klein molekule-inhibeerder kan MB-gewasse elimineer in muise wat 'n ptc1 mutasie [74].

Onlangs is die kwessie van watter SSS-selle in staat is om in MB-gewasse deur SHH-aktivering omskep te word aangespreek deur te wys dat MB-gewasse geïnisieer kan word deur die verwydering van ptc in geslagsbeperkte stamvaders (BNP's) of in neurale stamselle [27]. Hierdie studies bevestig beide BNP's en NSS's kan reageer op die SHH seinweg en dien as selle van oorsprong vir MB. Verder lei genetiese veranderinge wat geïnduseer word in óf multipotente ventrikulêre sone stamselle óf afstamming-toegewyde selle tot MB-gewasse in die EGL, waardeur 'n BNP-identiteit met SHH-aktivering verkry word [28].

'n Tweede seinweg wat by MB's betrokke is, is die Wnt-pad, wat geassosieer word met MB's van die klassieke subtipe [73]. Wnt-wegmutasies is geïdentifiseer in MB wat verband hou met Turcot se tipe 2-sindroom (veroorsaak deur die verlies van die Adenomatous Polyposis Coli geenfunksie). Dit lyk asof die Wnt-seinweg nie EGL-voorlopers reguleer nie, wat verdere bewys lewer dat MB-gewasse ontstaan ​​​​uit NSS's / PGC's buite die EGL [75].


Kan ons kankerselle weer normaal maak?

Die vermoë van 'n kankersel om 'maligniteit te ontsnap' en na 'n normale toestand terug te keer, klink soos die werk van Houdini: skynbaar onmoontlik. Maar soos Houdini se gewaagde prestasies, is tumor-terugkeer - wanneer kwaadaardige selle beheer oor hul groei herwin en eenvoudig ophou om soos kankerselle op te tree - 'n baie werklike ding. Nou het navorsers by NewYork-Presbyterian/Columbia Universiteit Mediese Sentrum die eerste multisentrum kliniese proef van 'n verbinding geloods wat getoon is dat dit tumor-terugkeer in die laboratorium veroorsaak.

Wetenskaplikes het die verskynsel die eerste keer aan die begin van die 20ste eeu waargeneem, maar dit is baie skaars en kom voor teen 'n geraamde tempo van een uit 100 000. In kanker word normale selle kwaadaardig wanneer genetiese mutasies normale groei- en oorlewingsbeheermeganismes uitskakel, wat veroorsaak dat selle teen 'n onredelike tempo vermeerder. By tumor-terugkeer kan bykomende mutasies of ander genetiese veranderinge voorkom wat veroorsaak dat die selle beheer oor hul groei herwin.

In die 1960's en 1970's het die Columbia Universiteit wetenskaplike Robert Pollack en sy gegradueerde student Scott Powers, en ander, gewerk om hierdie kanker teruggekeerde selle te isoleer en te karakteriseer in die hoop om te leer hoe hulle beheer oor die sel se groei-infrastruktuur herwin - en om verdere insig in die meganismes van kanker.

Die eksperimentele hulpmiddels wat destyds beskikbaar was, het die soektog moeilik gemaak, en kankernavorsers het grootliks wegbeweeg van die studie van tumor-revertante. Maar in die tussenliggende jare het 'n klein groepie navorsers, insluitend Adam Telerman en Robert Amson van Ecole Normal Superiéure, Parys, Frankryk, voortgegaan om die meganika van hierdie geheimsinnige proses te ondersoek deur te fokus op die molekulêre meganismes wat tumor-terugkeer beheer.

En in 'n artikel wat verlede jaar gepubliseer is in Natuur Resensies Kanker, Dr Pollack, 'n biologieprofessor aan die Columbia Universiteit, en Dr Powers, nou 'n kankerbioloog by Cold Spring Harbor Laboratory en Stony Brook Universiteit, het aangevoer dat tumor-terugkeerterapie ons kan help om een ​​van kankerbehandeling se neteligste probleme te ontduik: weerstand.

Kanker uitoorlê deur die natuur se leiding te volg

Huidige kankerpasiënte kan gebruik maak van behandelings soos chemoterapie, bestralingsterapie en geteikende terapie, wat spesifieke pro-kanker sellulêre meganismes aanval. Alhoewel hulle verskillend werk, is elkeen van hierdie behandelings ontwerp om soveel kankerselle as moontlik dood te maak. Selfs immunoterapie, wat die immuunstelsel se ingeboude remstelsel tydelik vrystel, plaas kankerselle vierkantig in die bul se oog. Die teorie is dat die begin van 'n algehele aanval teen kankerselle - soos aangemoedig deur die Nasionale Kankerinstituut se Oorlog teen Kanker in 1971 - kan voorkom dat die kanker vorder en metastaseer, of versprei, deur die liggaam.

Maar volgens Pollack is hierdie aanvalslyn gebrekkig. "Hierdie benadering veronderstel nie net dat elke middel die oplossing vir kanker bied nie, maar dit verwaarloos ook 'n paar redelik fundamentele aspekte van evolusie wat ons dikwels weier om te erken," sê Pollack, wat sy laboratorium in 1994 verlaat het om op onderrig en skryf te fokus. "Dit veronderstel dat die ontwikkelaars van nuwe kankerbehandelings die antwoord het, wanneer hul doel moet wees om 'n bietjie terug te sit en te luister na wat die selle vir ons sê."

Wat Pollack bedoel, is dat dit nie saak maak hoeveel kankerselle doodgemaak word nie, evolusie is gewoonlik een stap voor. (Pollack, wat tans Direkteur is van die Universiteit Seminare-program en van Columbia se Navorsingskluster oor Wetenskap en Subjektiwiteit, het 'n aanleg om wetenskap in 'n makroperspektief te plaas.) Verskeie bekende eksperimente—en werklike pasiëntervarings—het getoon dat selfs al swig baie kankerselle vir behandeling, kan ander 'n voorafbestaande mutasie dra wat hulle in staat stel om behandeling heeltemal te ontduik. In die 1940's het wetenskaplikes Max Delbrück en Salvador Luria getoon dat hierdie mutasies onvoorspelbaar en onbedoeld voorkom. Later, in die 1950's, het die wetenskaplike span van Joshua en Esther Lederberg ook gewys dat sulke 'weerstand'-mutasies voorkom in die afwesigheid van blootstelling aan 'n anti-kanker middel—voordat behandeling begin het.

“In kankerbehandeling is daar 'n goeie kans dat sommige van die kankerselle reeds gene sal bevat wat hulle weerstandbiedend teen terapie maak. As genoeg van hierdie weerstandbiedende selle oorleef, kom die kanker terug,” sê Powers. Dan is dit terug na die tekenbord.

Maar al was dit moontlik om in die 1960's en 1970's vir tumor-revertante te selekteer, sê Powers, was dit baie moeilik om die genetiese onderbou van hierdie verskynsel te bestudeer. Dit is omdat die mutasies wat veroorsaak dat 'n tumorsel maligniteit ontsnap, skaars is. Voor die koms van die hele eksoom-volgordebepaling (wat al die gene wat deur die genoom in selle uitgedruk word, opvolg), het navorsers nie die gereedskap gehad om die ontwykende mutasies te identifiseer wat veroorsaak het dat tumorselle na normaal terugkeer nie.

Sonder die regte gereedskap, teen die 1990's, het baie kankernavorsers hul aandag gevestig op die ontdekking van onkogene - gene wat, wanneer dit gemuteer word, inmeng met normale sellulêre prosesse en kwaadaardige gedrag veroorsaak. Hierdie ontdekkings het gelei tot die ontwikkeling van geteikende terapieë, wat kankervordering stop deur die kaskade van gebeure wat deur hierdie onkogene aan die gang is, te ontwrig. Hierdie doelgerigte benadering het belowe om 'n meer effektiewe oplossing met minder newe-effekte te lewer as konvensionele sitotoksiese behandelings, wat gewas en gesonde selle doodmaak. Maar kort nadat hulle in die kliniek aangeneem is, het baie van hierdie geteikende terapieë 'n onverwags kragtige, vinnig bewegende golf van weerstand ontketen.

"Die probleem is dat kanker slimmer is as middels wat spesifieke weë teiken," sê Mark Frattini, besturende direkteur, PhD, medeprofessor in medisyne en eksperimentele terapeutika aan die Columbia University Medical Center en direkteur van navorsing vir die Hematologiese Maligniteitsafdeling, 'n onkoloog by NewYork -Presbiteriaan/Columbia en 'n kenner van bloedkanker. "Hulle sal dikwels 'n ander pad vind om verby daardie punt te kom, en dit is wanneer terugval plaasvind."

In onlangse jare is die probleem wat eens gewas-terugkeernavorsing geteister het - 'n gebrek aan gereedskap om die seldsame mutasies te identifiseer - opgelos, grootliks deur die pogings van Telerman en Amson. Met dit in gedagte, stel Pollack en Powers voor dat weerstand vermy kan word, of ten minste ontstoke kan word, deur hierdie seldsame mutasies te identifiseer en te leer hoe hulle werk.

Span saam om Revertant-spesifieke terapie te toets

Om tumor-terugkeer in die kliniek te toets, moes twee groot kwessies opgelos word: die vind van 'n middel wat terugkeer sal fasiliteer en die ontwerp van 'n kliniese proef om die terapie te toets by pasiënte met terugval of chemoterapie-weerstandige kanker.

'n Paar jaar gelede het Telerman en Amson opgemerk dat mense met verskeie soorte kanker, insluitend kanker van die kolon, long en melanoom, hoë vlakke van 'n proteïen genaamd TCTP gehad het. Eksperimente het aan die lig gebring dat TCTP apoptose-geprogrammeerde sellulêre selfmoord inhibeer wat in normale selle voorkom, maar nie in kwaadaardige selle nie, wat hulle toelaat om te oorleef. Later het hulle gevind dat pasiënte met 'n aggressiewe bloedkanker bekend as akute myeloïede leukemie (AML) en hoë vlakke van TCTP geneig was om swak uitkomste te hê.

Chemoterapie is ondoeltreffend vir ongeveer 30 persent van AML pasiënte, en ten minste 50 persent van diegene wat remissie bereik uiteindelik terugval. Mutasies in die tumoronderdrukkergeen, p53, wat normaalweg die selsiklus reguleer en apoptose veroorsaak in die lig van sellulêre DNA-skade, is ook met swak uitkomste geassosieer. Die navorsers het teoretiseer dat hulle AML-behandelingsuitkomste kan verbeter deur 'n manier te vind om hierdie twee gene te verander om TCTP te verminder en normale p53-funksie te herstel.

Deur 'n sellulêre siftingsbenadering te gebruik, het Telerman en Amson gesoek na 'n bekende middel wat TCTP-vlakke kan verlaag. Hul mees belowende kandidaat was sertralien (Zoloft), 'n algemeen voorgeskrewe antidepressant wat behoort aan 'n klas medikasie genaamd selektiewe serotonienheropname inhibeerders (SSRI's). Laboratoriumstudies het aan die lig gebring dat sertralien aan TCTP bind, wat verhoed dat dit 'n ander proteïen, MDM2, aktiveer, wat op sy beurt die p53-tumoronderdrukkerproteïen inaktiveer en daarna vernietig. Prekliniese studies van sertralien in soliede gewasse, insluitend kolon-, kanker- en borskanker, het getoon dat die inhibering van die uitdrukking van TCTP die aantal revertante selle met 30 persent verhoog het. Bykomende eksperimente het aan die lig gebring dat sertralien die enigste SSRI op die mark was met hierdie unieke vermoë. Maar sonder om dit in die kliniek te toets, was daar geen manier om te weet of hierdie benadering sou werk in pasiënte wat aanvanklike behandeling misluk het nie.

Soos dit sou gebeur, is Frattini aan Telerman en Amson voorgestel via een van sy jarelange mentors, Judy Karp, MD, 'n internasionale kenner in akute leukemie, beide klinies en wetenskaplik, by die Johns Hopkins Mediese Sentrum in Baltimore. Karp het met Telerman en Amson saamgewerk om sertralien in kombinasie met standaard chemoterapie (sitarabien) in primêre pasiëntmonsters van AML te toets. Nadat Karp die positiewe resultate gesien het, het hy die drie groepe bymekaar gebring. Frattini het die kans aangegryp om die kombinasieterapie by pasiënte met teruggeval AML te toets, met Karp, Telerman en Amson as medewerkers.

Met befondsing verkry deur die Leukemie en Limfoom Vereniging, het Frattini 'n klein Fase I, dosis-eskalerende proef van sertralien in kombinasie met sitarabien, 'n chemoterapie-middel wat algemeen gebruik word om AML te behandel, by Columbia geloods. Die primêre doelwit is om veiligheid by verskillende dosisvlakke van sertraline te toets, maar 'n sekondêre doel is om te bepaal of sertralien kan help om normale p53-funksie te herstel. “Ons verwag dat teen hoër dosisse sertralien, gegee na die eerste toediening van chemoterapie tydens die kritieke [DNA]-sintesefase van die selsiklus, die tumoronderdrukker sy werk sal laat doen, wat seldood onder die kwaadaardige selle sal veroorsaak en hersensibiliseer. oorblywende selle na chemoterapie,” sê Frattini.

Tot dusver tel die Columbia-webwerf tans pasiënte op. Johns Hopkins sal bykomende pasiënte inskryf, hangende hul IRB-goedkeuring. Frattini se span, wat 'n weefselbewaarplek vir bloedkanker lei, sal monsters van beide instansies verwerk. Frattini en Telerman se laboratoriums sal die korrelatiewe studies uitvoer.

Twee kampusse, een idee

Om uit te vind oor die kliniese proef wat by Columbia se kampus in 168ste Straat plaasvind, was baie bevredigend vir Pollack, wat onlangs vir Frattini vir die eerste keer ontmoet het. “Stel jou voor hoe ek voel toe ek van hierdie kliniese proef hoor 40 jaar ná my aanvanklike werk om van tumor-revertante te leer. Ek raak gewoond aan die idee dat terugkeer na normaal uiteindelik in die spel is as 'n potensiële behandeling vir kanker, net hier in ons eie universiteit.”

Pollack se opgewondenheid spruit uit die onvermydelike verbinding van die kolletjies, begin met sy eie werk in die laboratorium tot die elegante studies van Telerman en Amson en uiteindelik voortbeweeg na die huidige sertralien kliniese proef. Dit is 'n gepaste toneel vir 'n voormalige navorser wat wil hê ons moet erken dat hoewel ons dalk nie 'n elegante en uiteindelike oplossing vir kanker het nie, ons dalk uiteindelik kan sien wat gebeur wanneer ons met evolusie werk, nie daarteen nie.


Inhoud

Kanker is 'n siekte van onbeheerde groei en proliferasie waardeur selle die liggaam se normale groeibeheermeganismes ontsnap het en die vermoë verkry het om onbepaald te verdeel. Dit is 'n multi-stap proses wat die ophoping van baie genetiese veranderinge met verloop van tyd vereis (Figuur 1). Hierdie genetiese veranderinge behels aktivering van proto-onkogene na onkogene, deregulering van tumoronderdrukkergene en DNA-herstelgene en 'onsterflikheid' wat in hierdie hoofstuk bespreek sal word.



Figuur 1: Oorsig van die pad na kanker. Cells may acquire mutations in genes that control proliferation, such as proto-oncogenes and/or tumour suppressor genes. Each new mutation may provide a selective advantage for this cell, leading to ‘clonal expansion’. Cellular properties changed in this process include cell cycle deregulation, apoptosis prevention and cell adhesion properties (CAMs – Cellular adhesion molecules).

Source: Alison MR. Cancer. Encyclopedia of Life Sciences, 2001 Ώ] Reproduced with permission from John Wiley & Sons.

Cell cycle regulation and the importance of apoptosis

In normal cells, proliferation and progression through the cell cycle is strictly regulated by groups of proteins that interact with each other in a specific sequence of events (Figure 2). Checkpoints ascertain that individual stages of the cell cycle are completed correctly and ensure that incompletely replicated DNA is not passed onto daughter cells. Core to this control system are cyclin-dependent kinases (CDKs). CDKs are ‘master protein kinases’ that drive progression through the different phases of the cell cycle by phosphorylating and activating other downstream kinases. CDK activity is dependent on the presence of activating subunits called cyclins which are synthesised and degraded in a cell cycle-dependent manner. Cyclin-CDK complexes are further tightly regulated by CDK inhibitors.



Figure 2: Cyclins and cyclin-dependent kinases (CDKs) regulate the cell cycle. CDK’s and their regulatory subunits, cyclins (A, B, D & E) tightly control transition through the cell cycle. The brackets indicate the periods in which the cyclin-CDK complexes are active and orchestrate all events necessary in this period. Die restriction point (R point) is a point in G1 at which the cell becomes ‘committed’ to the cell cycle and after which extracellular proliferation signals are no longer required.

Source: Weinberg RA. The biology of cancer 1st ed. Garland Science, 2007 ΐ] Reproduced with permission of Garland Science/Taylor & Francis LLC.


The re-entry of cells into the cell cycle is decided at the restriction point (R point). This decision is influenced by extracellular mitogenic signals which are transmitted via signalling pathways to key regulatory proteins, such as transcription factors (e.g. E2F) in the nucleus (refer to Figure 3, Section 2). These regulatory proteins ultimately activate the S-phase CDKs, which trigger the start of DNA synthesis.

In normal cells, activation of another transcription factor, p53, often referred to as the ‘guardian of the genome’, can impose cell cycle arrest and induce apoptosis (programmed cell death) through its ability to:

  • induce the expression of cell cycle inhibitors to prevent proliferation of a cell until any damage has been repaired or
  • initiate apoptosis, if the genomic damage is too great and cannot be repaired.

In >50% of all human tumours the p53 pathway is aberrant. Inactivation of the p53 protein renders it unable to signal and activate the cell’s apoptotic machinery resulting in increased survival of cancer cells.

Cell immortalisation and tumourigenesis

Immortalisation is defined as the acquisition of an infinite lifespan. Normal mammalian somatic cells proliferate a limited number of times before undergoing senescence. Senescent cells may remain metabolically active even though they have permanently ceased proliferation. Immortalisation is an essential step in the malignant transformation of normal cells and can be attributed, in part, to the presence of telomerase, the enzyme responsible for maintaining telomeres at the ends of chromosomes. By extending telomeric DNA, telomerase is able to counter the progressive telomere shortening that would otherwise lead to cell death. Unlike normal cells that lack detectable levels of telomerase activity, approximately 90% of human tumours consist of cells that contain an active telomerase enzyme.


By David Slipher
For many, breast cancer is more than just a disease – it’s personal. One in eight women will be diagnosed with breast cancer at some point in their lives. But through new discoveries at the genetic level, the personal nature of cancer will eventually be what helps to beat it.

DNA Repair – Key Defense Against Mutations

“One key to understanding cancer lies in the stability of the genome,” says Wolf-Dietrich Heyer, Department of Microbiology and Molecular Genetics chair and co-leader of the Molecular Oncology Program at the UC Davis Comprehensive Cancer Center.

A healthy individual has a system of checks and balances that curtail cells’ irregular growth. But changes occurring during a person’s lifetime, including inherited changes and those induced by environmental exposure, alter the body’s normal blueprint and cause cancer.

Many genes, as part of regular maintenance within the body, are responsible for repairing damaged DNA. Through a process called homologous recombination, information from healthy DNA molecules is used as a template to heal broken DNA strands.

College of Biological Sciences Professors Stephen Kowalczykowski and Wolf-Dietrich Heyer have dedicated their research careers to understanding the genomics of cancer. UC Davis

“Recombination works like accessing a backup version when a file on your computer is compromised,” Heyer says. “Referencing this genetic backup copy enables high-fidelity DNA repair.”

Proteins involved in recombination are constantly directing repair of cells’ genetic material, which becomes damaged over time. They serve as genetic guardians, reinforcing a healthy blueprint for the body. It is estimated that each day, every cell experiences tens of thousands of damaging events that require DNA repair. These guardians stay busy and are constantly on the alert.

While the guardians are tasked with repairing DNA damage, they can also become damaged themselves. When they become altered or damaged, genetic changes, called mutations, accumulate at an alarming pace. Mutations in two very different guardian genes, BRCA1 and BRCA2, lead to a significantly elevated cancer risk.

According to the National Cancer Institute, 55 to 65 percent of women who inherit the BRCA1 mutation will develop breast cancer by age 70, while 39 percent will develop ovarian cancer. Together, deficiency mutations in these two genes constitute the highest risk factor for familial breast and ovarian cancer.

There are many types of risks that can increase the likelihood of these cancers in women. Fortunately, the consistency of BRCA1 and BRCA2 deficiency mutations in cancer patients creates an opening that UC Davis researchers have seized to gain understanding about their roles in preventing and treating cancer.

Homologous Recombination Diagram - College of Biological Sciences/UC Davis

Understanding Cancer, One Building Block at a Time

Due to the complexity of the proteins produced by the genes, uncovering the characteristics of BRCA1 and BRCA2 has been a decades-long process. BRCA2 contains 3,418 amino acids, making it roughly 10 times larger than an average protein, Heyer says. The larger the protein, the more challenging it is to understand. And because genes mutate in unpredictable ways, they also end up producing many different variations of proteins.

“There may be only a single person on the planet who has a particular variant,” says Heyer, “and with a protein of this size, it is very difficult to predict what impact that change has, leaving patients and doctors in the dark.”

Insights into the nature of BRCA1 and BRCA2 began with identifying similar protein activities in bacteria and yeast, simpler organisms which share a common ancestor with humans. Professor Stephen Kowalczykowski, Department of Microbiology and Molecular Genetics, has devoted his research career to understanding the mechanisms of the proteins responsible for recombination.

“Without the knowledge derived from bacteria, we would know that BRCA1 and BRCA2 mutations exist, but wouldn’t know what they do nor how to treat them,” Kowalczykowski says. “What’s been interesting and exciting about this is the ability to take what has been a very abstract system study in bacteria and apply what we learned there. It educates us about the processes in humans.”

Through long-term and painstakingly detailed research, Kowalczykowski has sought to replicate the cellular processes of DNA repair in a lab setting. With a sophisticated microscope, Kowalczykowski views live interactions of individual proteins functioning on single molecules of DNA.

“There was never one defining moment,” says Kowalczykowski. “Every five or 10 years you would come to the realization that something in bacteria is identical in humans. Once you realize the universality of the underlying process you realize that everything you learned in bacteria applied to humans, but those human cells are just more complicated.”

Personalized Medicine, the Future of Cancer Therapies

Telomeres, shown in green, protect chromosomes from damage. Xu Lab

Heyer, Kowalczykowski and dozens of other UC Davis researchers’ discoveries are creating the framework for the future of cancer therapies. By describing the behaviors of cancer-related genes such as BRCA1 and BRCA2, it will become possible to create specific profiles to target tumor growth. One day, physicians will be able to prescribe a customized treatment plan for each patient, based on their genetic profile.

“Many tumors, once they progress, accumulate sporadic mutations,” Kowalczykowski says. “If you knew what the mutations were in a particular patient’s cancer you could personalize a treatment. It’s all a knowledge-based form of decision- making. Compared to 10 to 20 years ago, it’s easier to find the base of mutation it’s easy to screen once you have descriptions of mutation and DNA repair genes. How we treat these mutations, that’s the next generation of discovery.”

The main approaches of cancer therapy are surgery, radiation and chemotherapy, often associated with severe side effects. Personalized therapies based on the individual genetic profile provide an alternative, or supplement, to chemotherapy and radiation treatments, which indiscriminately kill healthy cells and further damage the guardian genes’ ability to repair DNA.

These targeted therapies can seek out cancerous cells based on the specific, individual genetic makeup. So while DNA repair defects caused by mutations in BRCA1 and BRCA2 predispose individuals to cancer, they also make tumors uniquely susceptible to certain targeted treatments that have little effect on normal cells.

It turns out that BRCA-deficient cancer cells are sensitive to the blockage of a particular repair enzyme, Poly ADP Ribose Polymerase, or PARP for short. PARP is required for the repair of single-stranded nicks in DNA, and when left untreated, these nicks are processed into far more damaging DNA double-stranded breaks.

As recombination is the primary pathway to repair such breaks under these conditions, inhibiting PARP in BRCA-deficient cells very effectively kills tumor cells. PARP inhibitors are the first DNA-repair targeted drug approved by the Food and Drug Administration for the treatment of cancer.

For specific cases, it remains to be seen whether PARP inhibitors can be expanded to patients with other genetic defects in addition to BRCA mutations. But this groundbreaking discovery demonstrates that DNA repair genes have the ability to become an Achilles’ heel in certain cancers, making them an excellent therapeutic tool to kill tumor cells.

“To have so much biological knowledge that each person can be treated in a personalized way, that is the long-term strategy,” says Heyer. “Our effort is to establish the basic science and help translate these insights into the cancer clinic.”

While DNA repair might not be a silver bullet for all cancers, it is a leading methodology that aims to address the shortcomings of traditional treatments. Personalized medicine approaches based on an individual’s genetic profile are already saving lives by revealing predispositions to certain types of cancer before tumors begin to form.

As UC Davis researchers continue to investigate the genetic processes underlying cancer, therapies will shift to become more personalized and patient-specific. New methods will spur increased collaboration between researchers and physicians, improving a working model of feedback that will accelerate cancer treatments and help save lives. And as anyone who has been affected by cancer knows, a personal approach makes all the difference.


Kyk die video: A0451931 (Oktober 2022).