کشف ۸۱ ژن محرک سرطان پستان با ابزار کریسپر کوآلا

محله‌ای را تصور کنید که در آن خانه‌هایی کامل، یک‌شبه ناپدید می‌شوند و در همان حال، خانه‌های دیگر تکثیر می‌شوند و اتاق‌های تازه‌ای از دلشان بیرون می‌زند. این همان صحنه‌ای است که درون تومورهای پستان از نوع بازال‌مانند دیده می‌شود: بخش‌هایی از کروموزوم‌ها حذف می‌شوند، قطعات دیگری بیش از حد کپی می‌شوند و با هر بازآرایی بزرگ، گروهی گیج‌کننده از ژن‌ها رفتار خود را تغییر می‌دهند. اما کدام‌یک از این ژن‌ها فقط تماشاگرند؟ و کدام‌یک واقعاً کنترل ماجرا را در دست دارند؟

پژوهشگران در تورنتو تصمیم گرفتند حدس و گمان را کنار بگذارند و ابزاری بسازند که عملکرد ژن را در تنها جایی که واقعاً اهمیت دارد آزمایش کند: درون یک تومور زنده. این گروه با استفاده از یک سامانه دوکارکردی کریسپر که آن را کریسپر کوآلا نامیده‌اند، برخی ژن‌ها را خاموش کردند و فعالیت برخی دیگر را بالا بردند، آن هم در بافت پستانی موش، تا افزایش‌ها و حذف‌های آشفته کروموزومی را که در سرطان پستان بازال‌مانند یا سه‌گانه منفی دیده می‌شود شبیه‌سازی کنند. نتیجه چشمگیر بود: از میان بیش از ۳۷۰۰ ژن نامزد، آن‌ها ۸۱ محرک ناشناخته را شناسایی کردند که به رشد تومورها کمک می‌کنند.

چرا این ژن‌ها تا این اندازه پنهان مانده بودند؟ چون بیشتر آزمایشگاه‌ها به جای بدن، در ظرف‌های کشت سلولی جست‌وجو می‌کنند. آزمایش‌های سنتی کشت سلول، تومور را از زیست‌بوم واقعی‌اش جدا می‌کنند: از سلول‌های ایمنی، تغییرات اکسیژن، خون‌رسانی و همسایگان استرومایی که تعیین می‌کنند کدام ژن‌ها واقعاً اهمیت دارند. وقتی سرطان در انزوا مطالعه می‌شود، بسیاری از آسیب‌پذیری‌های وابسته به زمینه از دید پنهان می‌مانند. اما در تومورهای زنده، دوباره آشکار می‌شوند.

در میان بازیگران تازه کشف‌شده، یک ژن بیش از بقیه جلب توجه کرد: PLGRKT. این ژن برای سلول‌هایی که در عمق تومور گیر افتاده‌اند و اکسیژن کمی دریافت می‌کنند، مانند یک مربی بقا عمل می‌کند. سلول‌های طبیعی بدون اکسیژن دچار ضعف می‌شوند. سلول‌های سرطانی اما سازگار می‌شوند. PLGRKT به آن‌ها کمک می‌کند مسیرهای متابولیک خود را تغییر دهند و زمانی که ریزمحیط تومور خصمانه می‌شود، جریان انرژی را حفظ کنند. این فقط بقا نیست. این فرایند به رشد سرطان نیرو می‌دهد.

این گروه ابزار تازه ویرایش ژن، کریسپر کوآلا، را توسعه داد و از آن برای غربالگری بیش از ۳۷۰۰ ژن در غده پستانی موش استفاده کرد؛ ژن‌هایی که تحت تأثیر بازآرایی‌های کروموزومی قرار می‌گیرند.

اهمیت این یافته‌ها از آن روست که سرطان پستان بازال‌مانند به‌طور نامتناسبی زنان جوان‌تر و زنان رنگین‌پوست را درگیر می‌کند و فاقد گیرنده‌های هورمونی و HER2 است؛ همان گیرنده‌هایی که در دیگر انواع سرطان پستان امکان هدف‌گیری درمانی را فراهم می‌کنند. بدون این نشانه‌های مولکولی، پزشکان گزینه‌های کمتری برای درمان دقیق در اختیار دارند. شناسایی ژن‌های محرک، نخستین گام برای رسیدن به راهبردهای تازه است؛ از داروهایی که یک سازگاری متابولیک را مسدود می‌کنند تا درمان‌هایی که از نقش یک ژن در حفظ تومور بهره می‌برند.

توسعه کریسپر کوآلا هم به ظرافت فنی نیاز داشت و هم به درک روشن از آنچه رویکردهای پیشین از دست داده بودند. این پلتفرم دو دستکاری ژنتیکی را در یک حیوان ترکیب می‌کند: حذف ژن برای شبیه‌سازی از دست رفتن ماده ژنتیکی و فعال‌سازی ژن برای مدل‌سازی اثر نسخه‌های اضافی. این رویکرد جفت‌شده سرانجام به دانشمندان امکان می‌دهد آشوب کروموزومی تومورهای آنئوپلوئید را بازسازی کنند؛ نه فقط فهرستی از جهش‌ها، بلکه اثر عملکردی نهاییِ تقویت یا حذف بخش‌های گسترده‌ای از دی‌ان‌ای.

فراتر از خبر اصلی درباره ۸۱ ژن تازه، این مطالعه یادآوری می‌کند که متن سرطان فقط با توالی دی‌ان‌ای نوشته نمی‌شود، بلکه صحنه بافتی‌ای که سرطان روی آن اجرا می‌شود نیز در آن نقش دارد. تعامل میان سلول‌های تومور و محیط اطرافشان می‌تواند وابستگی‌هایی را آشکار کند که در مطالعات برون‌تنی دیده نمی‌شوند. به همین دلیل، ۹۰ درصد ژن‌هایی که در این غربالگری شناسایی شدند، در آزمایش‌های استاندارد کشت سلولی از قلم افتاده بودند.

این کار ترکیبی از جست‌وجوهای محاسباتی، توسعه زیست‌فناوری و ژنومیک عملکردی در مدل‌های موشی و انسانی است. همچنین به یک هدف عملی اشاره دارد: تبدیل این کشفیات به آسیب‌پذیری‌هایی که توسعه‌دهندگان دارو بتوانند آن‌ها را هدف بگیرند. کدام‌یک از این ۸۱ ژن به یک هدف درمانی تبدیل خواهد شد؟ کدام ژن توضیح می‌دهد که چرا برخی تومورها در برابر درمان مقاومت می‌کنند، در حالی که برخی دیگر فرو می‌پاشند؟ این‌ها آزمایش‌هایی هستند که اکنون در دسترس قرار گرفته‌اند.

پژوهشگران با آزمایش هزاران ژن نامزد درون تومورهای واقعی، از یک نقشه ژنتیکی پرسر و صدا فراتر رفتند و کلیدهای مشخصی را شناسایی کردند که سرطان‌های پستان بازال‌مانند را به جلو می‌رانند.

وسوسه‌انگیز است که آشوب کروموزومی را فقط نشانه‌ای از ناپایداری بدانیم. اما این مطالعه نشان می‌دهد همین آشوب، اگر در زمینه درست خوانده شود، می‌تواند مانند نقشه گنج عمل کند. گام‌های بعدی حساب‌شده‌اند: اعتبارسنجی قوی‌ترین محرک‌ها در نمونه‌های متنوع انسانی، تشریح سازوکارهای آن‌ها و جست‌وجوی ضعف‌هایی که با دارو قابل هدف‌گیری باشند. برای بیماران مبتلا به سرطان پستان سه‌گانه منفی، این مسیر پژوهشی می‌تواند سرنوشت درمان را تغییر دهد.

علم اغلب زمانی پیش می‌رود که روش و پرسش یکدیگر را پیدا کنند. در اینجا، شیوه‌ای بهتر برای مدل‌سازی آنئوپلوئیدی در بدن، زیست‌شناسی‌ای را آشکار کرده که در برابر چشم پنهان مانده بود؛ و هم‌زمان درهای تازه‌ای برای اندیشیدن به هدف‌گیری یکی از دشوارترین زیرگروه‌های سرطان پستان گشوده است.