9 دقیقه
پس‌زمینه: از توالیهای «بی‌استفاده» تا اهداف درمانی
نزدیک به نیمی از ژنوم انسان را توالیهای تکرارشوندهای تشکیل می‌دهند که به عناصر قابلجابجایی (transposable elements یا TEها) معروف هستند. این توالی‌ها که در گذشته اغلب با عنوان «DNA زائد» یا «junk DNA» شناخته می‌شدند، قابلیت حرکت یا نسخهبرداری در نقاط مختلف ژنوم را دارند و گاهی میتوانند بر تنظیم ژنی تأثیر بگذارند. پژوهش جدیدی از کالج کینگز لندن نشان می‌دهد که در برخی سرطان‌های خونی که جهش‌هایی در ژنهای تنظیمکننده کروماتین مانند ASXL1 و EZH2 دارند، این عناصر قابلجابجایی به شکلی غیرطبیعی فعال می‌شوند. فعال شدن TEها منجر به آسیب‌های DNA و استرس‌های بیوشیمیایی میشود که برای بقای سلولهای سرطانی باید مدیریت شوند.
برای درک بهتر اهمیت این یافته لازم است تفاوت انواع TEها را بدانیم: خانواده‌هایی مانند LINEها، SINEها، LTRها و ترانسپوزون‌های DNA هر کدام مکانیسم‌های متفاوتی برای حرکت یا نسخهبرداری دارند. معمولاً سلولهای سالم از طریق سرکوب اپیژنتیک — شامل متیلاسیون DNA، بازآرایی‌های هیستونی و عملکرد کمپلکس‌های بازدارنده مانند PRC2 — مانعِ بیان و تحرک این توالی‌ها می‌شوند. ASXL1 و EZH2 نقش‌های متفاوت اما تکمیلی در این سرکوب اپیژنتیک ایفا میکنند؛ هنگامی که این «ترمزها» آسیب می‌بینند یا از کار می‌افتند، TEها میتوانند از حالت خاموشی خارج شده و عملکردهای مولکولی نامطلوبی ایجاد کنند.
علاوه بر ایجاد شکستهای DNA، فعال شدن TEها میتواند پاسخ‌های ایمنی ذاتی را نیز تحریک کند؛ تولید RNAهای دو رشته‌ای یا شکل‌گیری R-loopها ممکن است مسیرهای حسگرهای ویروسی-مانند سینتیک سلولی را فعال کند و به التهاب یا استرس‌های متابولیکی منجر شود. در این زمینه، پژوهش کالج کینگز اهمیت تازه‌ای را نشان می‌دهد: نه‌تنها TEها آثار مولکولی دارند، بلکه میتوانند یک آسیب‌پذیری درمانی قابل بهره‌برداری ایجاد کنند.
مطالعه: چگونه جهش‌ها یک نقطه ضعف را آشکار میکنند
تیم پژوهشی روی دو نئوپلازی خونی که درمان آنها دشوار است تمرکز کرد: سندرم میلودیسپلاستیک (MDS) و لوسمی لنفوسیتی مزمن (CLL). هر دو بیماری بهطور مکرر جهشهای از دستدهنده عملکرد در ژنهای ASXL1 و EZH2 را نشان می‌دهند. این ژنها در شرایط عادی از طریق تنظیم کروماتین از بیان نامتناسب ژنها و عناصر تکرارشونده جلوگیری میکنند. وقتی عملکرد این ژنها مختل میشود، سرکوب TEها برداشته شده و تحرک یا رونویسی TEها افزایش مییابد؛ نتیجه میتواند شکستهای DNA، گسست‌های رشته‌ای و نقائص دیگری در ثبات ژنومی باشد.
در این مطالعه، محققان از ترکیبی از نمونه‌های بالینی بیماران، رده‌های سلولی و مدل‌های حیوانی استفاده کردند تا پیوند بین جهشهای کروماتینی و فعال شدن TEها را بررسی کنند. با استفاده از روش‌هایی مانند RNA-seq برای اندازه‌گیری بیان TEها، ATAC-seq برای تعیین تغییرات دسترسی کروماتینی و نشانگرهای آسیب DNA (مثل γ-H2AX) محققان تصویری دقیق از زنجیره رویدادها به دست آوردند: جهش در ASXL1 یا EZH2 → بازشدن کروماتین در نواحی TE → افزایش رونویسی یا نسخهبرداری TE → ایجاد شکستهای DNA و استرس تکثیری.
یافتهها نشان می‌دهد که این روند در بیمارانی که دارای بار جهشی بالا در این ژنها هستند، بیشتر قابل‌تأیید بوده و با نشانگرهای بالینی بدتر یا پاسخ درمانی ناکافی هم‌بستگی دارد. از نظر بالینی، این الگو میتواند یک بیومارکر مولکولی برای شناسایی بیمارانی باشد که ممکن است از درمان‌های مبتنی بر بهره‌برداری از آسیب‌های TE سود ببرند.
اعتبارسنجی تجربی
برای آزمون اینکه آیا فعالیت TE واقعاً یک آسیب‌پذیری درمانی ایجاد میکند، پژوهشگران از ابزارهای دارویی و آزمون‌های ژنتیکی استفاده کردند. آزمایش‌ها نشان دادند که مهار پروتئین‌های پلی(ADP-ریبوز) پلی(ADP-ribose) polymerase یا PARP — مولفه‌های کلیدی در مسیر ترمیم شکستهای تکرشتهای DNA — به شکل انتخابی سلولهای سرطانی با فعالیت بالای TE را می‌کشد. این حساسیت انتخابی پدیدار شد چون TEهای فعال بار بیشتری از شکست‌ها و نیاز به ترمیم ایجاد کردند.
نکتهٔ تعیین‌کننده این بود که افزودن مهارکنندههای ترنس‌کریپتاز معکوس (reverse transcriptase inhibitors) — که از نسخهبرداری TEها جلوگیری میکنند — این حساسیت به مهارکنندههای PARP را معکوس نمود. این مشاهده به‌روشنی نشان داد که مکانیزم کارایی مهارکنندههای PARP در این زمینه بهدلیل آسیب‌های ناشی از فعالیت TE است، نه صرفاً همان نقص‌های کلاسیک ترمیم همسان‌جو (homologous recombination) که در سرطان‌های BRCA-موتانت دیده میشود. به عبارت دیگر، ترکیب شواهد ژنتیکی و دارویی نشان داد که مرگ سلول ناشی از تجمع آسیب‌های مربوط به TE است که به ترمیم وابسته به PARP نیاز دارد.
در آزمایشات بیشتر، محققان از راهکارهای مختلف برای تأیید اختصاصی بودن این پدیده استفاده کردند: حذف ژنهای مربوط به RT یا سرکوب بیان برخی خانواده‌های TE با RNAi یا CRISPR، استفاده از نشانگرهای شکست DNA مانند فلوسایتومتری γ-H2AX، و بررسی بقای سلولی با و بدون مهار PARP. همه شواهد به‌صورت متقن نشان داد که وقتی TEها فعالند، بلوک کردن PARP موجب عدم توانایی سلول برای تعمیر شکستهای تجمع‌یافته و نهایتاً مرگ برنامه‌ریزی‌شده سلول میشود.
بهره‌برداری از مهارکنندههای PARP: یک مکانیزم جایگزین
مهارکنندههای PARP (مانند olaparib، talazoparib و دیگران) پیش‌تر برای درمان تومورهایی که دارای نقص در مسیر ترمیم همسان‌جو (مثلاً تومورهای حامل جهش BRCA) مورد تأیید قرار گرفته‌اند. مطالعهٔ حاضر مکانیزم متفاوتی را معرفی میکند: در سلول‌هایی که ASXL1 یا EZH2 جهش دارند، عناصر قابلجابجایی فعال، ضایعات DNA تولید میکنند که برای ترمیم به عملکرد PARP وابسته‌اند. بنابراین، مهار PARP اجازه می‌دهد این ضایعات تجمع کنند تا جایی که سلولهای سرطانی قادر به ادامه بقای خود نباشند — یعنی یک تعامل سینتتیک لِتِال (synthetic lethal) ناشی از «DNA زائد».
این مکانیزم جایگزین چند نکته مهم بالینی و پژوهشی دارد. اول اینکه، حساسیت به مهار PARP در این حالت نباید صرفاً بر اساس معیارهای سنتی مثل نقص HR قضاوت شود؛ بلکه باید بیان TE یا وضعیت اپیژنتیک کروماتین نیز در نظر گرفته شود. دوم، چون داروهای مهار PARP در کلینیک موجودند، این کشف مسیر سریع‌تری برای بازهدف‌گذاری (repurposing) آنها فراهم می‌آورد و احتمالاً میتواند زمانِ ورود درمان به آزمایش‌های بالینی را کوتاه‌تر کند. سوم، این رویکرد نشان می‌دهد که چه‌گونه مولکول‌های ظاهراً غیرکارکردی در ژنوم میتوانند محرک آسیب‌پذیری‌های درمانی شوند.
پیامدهای بالینی و چشم‌اندازهای آینده
از آنجا که مهارکنندههای PARP هم‌اکنون در دسترس درمان بالینی هستند، این کشف میتواند راه را برای استراتژی‌های درمانی جدید در بیماران MDS و CLL دارای جهشهای ASXL1 یا EZH2 هموار کند. علاوه بر این، این رویکرد ممکن است برای سایر سرطان‌هایی که در آنها تنظیم‌کننده‌های کروماتین دچار اختلال شده‌اند و TEها از حالت ساکن خارج گشته‌اند نیز کاربرد داشته باشد.
چند جهت‌گیری مشخص برای کارهای آینده وجود دارد:
- توسعهٔ بیومارکرها: اندازه‌گیری بیان TEها (با RNA-seq یا ابزارهای هدف‌گرا)، پنل‌های جهش‌یابی برای ASXL1/EZH2 و ارزیابی اپیژنتیک کروماتین میتواند بیماران مستعد را شناسایی کند.
- طراحی کارآزماییهای بالینی: آزمایش‌های فاز I/II که مهارکنندههای PARP را در جمعیت‌های منتخب مبتنی بر وضعیت TE یا جهش ASXL1/EZH2 بررسی میکنند، ضروری است. این کارآزمایی‌ها میتوانند مهارکنندههای PARP را به‌تنهایی یا در ترکیب با داروهایی که TEها را دستکاری میکنند (مثلاً برخی واکنش‌دهنده‌های اپیژنتیک یا مهارکنندههای RT) ارزیابی کنند.
- مطالعهٔ ترکیب‌ها: ترکیب PARP با داروهایی که ممکن است فعالیت TE را کاهش دهند (مثل مهارکنندههای reverse transcriptase) یا بالعکس ترکیباتی که TEها را بیشتر آشکار می‌سازند تا حساسیت را افزایش دهند، نیاز به بررسی دقیق دارد. باید مراقب تعاملات دارویی و احتمال افزایش سمیت به بافت‌های سالم بود.
- تحقیقات در مورد پادگانی و مقاومت: انتظار می‌رود سلولهای سرطانی مسیرهای دور زدن ایجاد کنند؛ بنابراین باید مکانیزمهای احتمالی مقاومت را پیش‌بینی و بررسی کرد (مثلاً فعال‌سازی مسیرهای ترمیم جایگزین، سرکوب دوبارهٔ TEها یا تغییرات متابولیک).
پروفسور Chi Wai Eric So از کالج کینگز لندن اهمیت این کار را این‌گونه خلاصه کرد: این پژوهش توالی‌هایی را که زمانی بی‌فایده پنداشته می‌شدند، به یک آسیب‌پذیری درمانی تبدیل میکند و امکان بازهدف‌گذاری داروهای موجود را بر اساس یک مکانیزم جدید فراهم می‌آورد.
در عمل، برای آن‌که این ایده به تغییر واقعی در مسیر درمان بیماران منجر شود، لازم است که:
- معیارهای انتخاب بیمار به‌روشنی تعریف شوند (ترکیبی از نمایهٔ جهشی و نشانگرهای بیان TE).
- مطالعات سم‌شناسی و تعیین دوز برای ترکیبهای جدید انجام گیرد، چون افزودن مهارکنندههای RT یا داروهای اپیژنتیک ممکن است پیامدهای غیرمنتظره‌ای داشته باشد.
- دیدِ بالینی نسبت به ایمنی در بافت‌های غیرسرطانی، به‌خصوص بافت‌هایی با فعالیت ترانسپوزون ذاتی یا نرخ تقسیم بالا، تقویت شود تا عوارض غیرهدفمند کاهش یابد.
جمع‌بندی
این تحقیق توجه را به جزئی از ژنوم که پیش‌تر کمتر مورد توجه قرار می‌گرفت — عناصر قابلجابجایی — معطوف می‌سازد و نشان می‌دهد که چگونه بی‌تنظیمی آنها در سرطان‌های خونی حامل جهشهای ASXL1 و EZH2 یک نقطه ضعف هدف‌پذیر پدید می‌آورد. با بهره‌گیری از آسیب‌های ناشی از TE و مهار مسیرهای وابسته به PARP، محققان یک مسیر امیدوارکننده برای درمان تومورهایی که پیش‌تر دشوارِ هدف‌گیری بودند، شناسایی کرده‌اند.
کار ترجمه‌ای و انتقالی در پیش است تا مشخص شود کدام بیماران بیشترین منفعت را از این رویکرد خواهند برد و چگونه می‌توان آن را به‌خوبی در مراقبت‌های بالینی ادغام کرد. در عین حال، این یافتهها دامنهٔ تفکر ما را دربارهٔ عملکرد بخش‌هایی از ژنوم که زمانی «بی‌اهمیت» پنداشته می‌شدند، گسترش می‌دهد و نشان می‌دهد که شناخت عمیق‌تر ساختار و تنظیم ژنومی میتواند به راهکارهای درمانی نوآورانه منتهی شود.
منبع: scitechdaily
نظرات