Έκρηξη Χρωμοσωμάτων: πώς ξεκινάει ο καρκίνος Understand article

Mετάφραση Ευγενία Κυπριώτη (Eugenia Kyprioti). Οι όγκοι στον εγκέφαλο είναι μία από τις πιο συχνές αιτίες θανάτου στα παιδιά - και μπορεί να αρχίσει όταν τα χρωμοσώματα…

Είναι μια σκηνή που πιθανόν να έχει συμβεί αρκετές φορές: όλη η οικογένεια στα γόνατα, κυνηγώντας πολύχρωμες χάντρες, σαν παιδί που στέκεται από πάνω με ορθάνοιχτα μάτια, κρατώντας τα απομεινάρια ενός αγαπημένου κολιέ.

Όταν, πια, τα περισσότερα κομμάτια έχουν βρεθεί, ένας ευγενικός μεγαλύτερος τα τοποθετεί με τη σωστή σειρά στη θέσή τους και ηκρίση τελειώνει. Εκτός, βέβαια, αν το παιδί δεν ικανοποιείται με τίποτα λιγότερο από ένα ακριβές αντίγραφο του πρωτοτύπου κολιέ. Όμως, το να βρεθούν όλες τις χάντρες – συμπεριλαμβανομένων κι εκείνων που έπεσαν κάτω από τον καναπέ ή πίσω από το ντουλάπι – και το πέρασμα τους στη σωστή σειρά μπορεί να αποδειχθεί μια δύσκολη υπόθεση.

Στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Χαϊδελβέργης στη Γερμανία, ο Ανδρέας Κούλοζικ συνάντησε μια οικογένεια με ένα πολύ πιο σοβαρό πρόβλημα: ένα κοριτσάκι και ο αδελφός της είχαν αναπτύξει πολύ επιθετικούς όγκους. Στις αρχικές γενετικές εξετάσεις, ο Ανδρέας διαπίστωσε ότι τα αδέλφια είχαν την ίδια μετάλλαξη στο γονίδιο TP53. Είχαν αυτή τη μετάλλαξη σε όλα τα κύτταρα τους, όχι μόνο στα καρκινικά, πράγμα που σήμαινε ότι κληρονομήθηκε στα παιδιά από τους γονείς, και δεν αποκτήθηκε αργότερα από τα κύτταρα που σχημάτισαν τους όγκους.

Όταν ο Γιάν Κόρμπελ από το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (European Molecular Biology Laboratory^w1) συνεργάστηκε με τον Στέφαν Πφίστερ και τον Πέτερ Λίχτερter από το Κέντρο Έρευνας για τον Καρκίνο της Γερμανίας^w2 για να εξετάσουν τη γενετική των όγκων του εγκεφάλου σε παιδική ηλικία, η περίπτωση αυτή της οικογενειας φάνηκε να είναι μία καλή αρχή. Στο πλαίσιο της Διεθνούς Κοινοπραξίας Γονιδιώματος Καρκίνου, ο Γιαν, ο Στέφαν και ο Πέτερ ένωσαν την αλληλουχία του γονιδιώματος του συνόλου των κυττάρων του όγκου από την παιδική ηλικία για πρώτη φορά. Ονομάζεται μυελοβλάστωμα, είναι ο πιο κοινός από όλους τους κακοήθεις καρκίνους του εγκεφάλου, η πιο θανατηφόρα μορφή καρκίνου σε παιδιά και η δεύτερη πιο συχνή αιτία παιδικών θανάτων, στις ανεπτυγμένες χώρες, μετά από τα τροχαία ατυχήματα.

«Όταν πήραμε πίσω τις πληροφορίες της ακολουθίας του DNA, αντικρύσαμε ένα χάος στο γονιδίωμα του κοριτσιού, σε σημείο που δεν μπορούσαμε να το εξηγήσουμε,» λέει ο Τόμπιας Ράους, από την ερευνητική ομάδα του Γιάν, ο οποίος ηγήθηκε της ανάλυσης των δεδομένων. «Τότε είδαμε ένα έγγραφο από μιία άλλη ομάδα, που περιέγραφε ένα φαινόμενο που ανακαλύφθηκε πρόσφατα και το ονόμαζαν ‘χρωμοθρύψις’, και ταίριαζε», προσθέτει ένα άλλο μέλος της ομάδας, ο Άντριαν Στουτ.

Οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι και οι ίδιοι είχαν να κάνουν με περίπτωση χρωμόθρυψης, την κυτταρική αντιστοιχία του σπασμένου κολιέ: ένα χρωμόσωμα (ίσως και δύο) κατά κάποιον τρόπο εξερράγησαν σε αμέτρητα μικρά κομμάτια, και στη συνέχεια ξανά ενώθηκαν και πάλι, με μερικά κομμάτια να λείπουν και κάποια σε λάθος σειρά. Όσο ανέλυαν περισσότερα δείγματα, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι αυτό συνέβη στους καρκινικούς ιστούς όλων των ασθενών με μυελοβλάστωμα που κληρονόμησαν την μετάλλαξη στο γονίδιο TP53, και όχι στους ασθενείς με φυσιολογικό TP53 ή στον υγιή ιστό ασθενών με μυελοβλάστωμα.

«Αυτό μας κάνεις να υποψιαζόμαστε ότι τα τρία αυτά γεγονότα συνδέονται,» λέει ο Γιαν. «Πιστεύουμε ότι το ΤΡ53 μπορεί να προκαλεί την έκρηξη των χρωμοσωμάτων και πιθανόν να εμποδίζει τη φυσιολογική αντίδραση του κυττάρου. Κι αυτό με ένα τρόπο οδηγεί σε ιδίατερα επιθετικές μορφές καρκίνου.”

Λοιπόν, πώς θα μπορούσε μία μετάλλαξη στο ΤΡ53 να προκαλεί την έκρηξη των χρωμοσωμάτων και πώς αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε καρκίνο; Οι επιστήμονες ξέρουν ότι το γονίδιο ΤΡ53 εμποδίζει τις φθορές στα άκρα των χρωμοσωμάτων, με την προστασία των τελομερών – τα ανώτατα όρια που κρατούν τα άκρα των χρωμοσωμάτων μαζί. Αν TP53 είναι ελαττωματικό, ο Ιαν και οι συνεργάτες του υποθέτουν ότι τα τελομερή θα μπορούσαν να μπουν σε κίνδυνο, και τα χρωμοσώματα θα μπορούσαν να κολλήσουν μεταξύ τους.

Σε ένα τέτοιο σενάριο, όταν το κύτταρο ξεκίνησε τη διαίρεσή τους, τα χρωμοσώματα που είχαν κολλήσει μεταξύ τους θα μπορούσαν να δημιουργήσουν προβλήματα. Θα έπαιρναν αντίθετες κατευθύνσεις. Σε κάποιο σημείο η πίεση θα ήταν πολύ μεγάλη, και, όπως οι χάντρες του κολιέ που τις έχεις τραβήξει πάρα πολύ δυνατά, ένα ή και τα δύο από τα χρωμοσώματα θα συντριβούν, πετώντας τμήματα του DNA. Οσο κι αν ο μηχανισμός του κυττάρου, αγωνίστηκε για να τοποθετήσει ξανάν μαζί το(α) χρωμόσωμα(τα), κομμάτια του γενετικού υλικού μπορεί να μην ενωθούν ή η συναρμολόγηση να γίνει με λάθος σειρά – ή ακόμα και από το λάθος χρωμόσωμα.

Από την άλλη πλευρά, το TP53 παίζει, επίσης, έναν καθοριστικό ρόλο στην επιθεώρηση του DNA μας για τυχόν ζημιές. Εάν αυτός ο φύλακας του γονιδιώματος βρίσκει πάρα πολλά λάθη, μπορεί να ωθήσει το κύτταρο σε μια προγραμματισμένη αυτοκτονία (απόπτωση) ή σε ισοδύναμο κυτταρικό γήρας (γήρανση), για να αποφευχθεί η διαίρεση των κυττάρων και η συνέχιση των γενετικών ανωμαλιών.

Αλλά αν το TP53 είναι μεταλλαγμένο, εκτεταμένες βλάβες στο DNA θα μπορούσαν να περάσουνε απαρατήρητες – ζημιές, όπως ένα άσχημα επανασυναρμολογημένο χρωμόσωμα μετά από χρωμόθρυψη, ανεξάρτητα από το αν το TP53 ευθύνεται για την πρόκληση έκρηξης στο χρωμόσωμα ή όχι. Ως αποτέλεσμα, ογκογονίδια – γονίδια που οδηγούν σε καρκίνο – μπορεί να ενεργοποιηθούν, και το κύτταρο να αρχίσει τη συνεχή διαίρεση ανεξέλεγκτα, δημιουργώντας έναν όγκο. Ο Γιάν, ο Στέφαν και ο Πέτερ εικάζουν ότι αυτές οι επιπτώσεις ενός ελαττωματικού TP53 μπορεί να συνδυάζονται για να οδηγήσουν σε καρκίνο σε αυτούς τους ασθενείς, και ότι θα ήθελαν τώρα να διερευνήσουν το πώς ακριβώς συμβαίνει αυτό σε κάθε βήμα.

Εν τω μεταξύ, τα ευρήματά τους έχουν ήδη άμεσες επιπτώσεις για τους κλινικούς γιατρούς όπως ο Ανδρέας και ο Στέφαν, και για τους ασθενείς τους. «Αν τα καρκινικά κύτταρα του ασθενή δείχνουν σημάδια χρωμόθρυψης, τώρα ξέρουμε ότι πρέπει να ελέγξουμε για κληρονομική μετάλλαξη του TP53,» λέει ο Στέφαν. Και αυτό είναι σημαντικό, επειδή σε όσους έχουν μια κληρονομική μετάλλαξη του TP53, οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες θεραπείες για τον καρκίνο θα μπορούσαν να γυρίσουν μπούμερανγκ. Πολλές χημειό- και ακτινό- θεραπείες σκοτώνουν τα καρκινικά κύτταρα καταστρέφοντας το DNA τους, αλλά επηρεάζουν και άλλα κύτταρα του σώματος. Στους περισσότερους ασθενείς, αν και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε οδυνηρές παρενέργειες, δημιουργεί μιρκή μακροπρόθεσμη βλάβη. Δεν ισχύει το ίδιο για κάποιον με κληρονομική μετάλλαξη TP53. Λόγω αυτής της μετάλλαξης, όλα τα κύτταρα του εν λόγω προσώπου, συμπεριλαμβανομένων και των υγιών, θα έχουν δυσκολία να αντιδράσουν στη βλάβη του DNA.

Έτσι, θεραπείες που στοχεύουν στο DNA θα μπορούσαν ουσιαστικά να μετατρέψουν τα υγιή κύτταρα σε καρκινικά, προκαλώντας τους λεγόμενους δευτερογενείς και τριτογενείς όγκους – «κάτι που βλέπουμε συχνά σε ασθενείς με κληρονομικές μεταλλάξεις TP53», λέει ο Στεφάν. Για αυτούς τους ασθενείς, μπορεί να είναι προτιμότερο να συνταγογραφηθούν λιγότερο εντατικές θεραπείες με παράγοντες που κάνουν λιγότερη ζημιά στο DNA. Και, εάν ένας ασθενής έχει μια κληρονομική μετάλλαξη TP53, αυτό σημαίνει για το γιατρό ότι η άμεση οικογένεια του ατόμου θα πρέπει να ελέγχεται, επίσης. Εάν οποιαδήποτε υγιή μέλη της οικογένειας φέρουν τη μετάλλαξη, θα πρέπει να θεωρηθεί ως σήμα για τακτικό έλεγχο, καθώς είναι πολύ πιθανό να αναπτύξουν όγκους σε κάποιο σημείο στη ζωή τους. «Και οι καλύτερες δυνατότητες για την καταπολέμηση του καρκίνου – κυρίως των επιθετικών μορφών καρκίνου, που φαίνεται να σχετίζονται με χρωμόθρυψη- είναι αν διαγνωστεί νωρίς,» επισημαίνει ο Γιάν.

Στην πραγματικότητα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το 2-3% όλων των καρκίνων είναι πιθανόν να προκαλούνται από χρωμόθρυψη, έτσι η ομάδα του Γιάν τώρα να διερευνά κατά πόσον οι μεταλλάξεις του ΤΡ53 παίζουν ρόλο σε παρόμοιες εκρήξεις χρωμόσωματων σε άλλους όγκους, εκτός του μυελοβλάστωματος. Έχουν ήδη βρει αποδείξεις για την ίδια σχέση μεταξύ χρωμόθρυψης και κληρονόμησης μετάλλαξης του ΤP53 σε οξεία μυελογενή λευχαιμία. Σε αυτήν την επιθετική μορφή καρκίνου του αίματος σε ενήλικες, ο Γιάν και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι οι ασθενείς με μη κληρονομική μετάλλαξη TP53 (δηλαδή με μετάλλαξη του ΤΡ53 μόνο στα κύτταρα του όγκου τους) είναι συνήθως ηλικιωμένοι. Οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι αυτό έχει νόημα υπό το φως του ρόλου TP53 στην ακεραιότητα των τελομερών. Τα καλύμματα των χρωμοσωμάτων μας φυσικά λιγοστεύουν καθώς γερνάμε, κάνοντας τα άκρα των χρωμόσωμάτων μας πιο πιθανά να κολλήσουν μεταξύ τους, αν το TP53 πάει στραβά. Αυτό με τη σειρά του καθιστά χρωμόθρυψη και τη δημιουργία καρκίνου πιο πιθανή, υποψιάζονται οι επιστήμονες.

Η ομάδα του Γιάν συνεχίζει να ερευνά αυτά τα ζητήματα στον εγκέφαλο, στο αίμα και σε άλλες μορφές καρκίνου, για να ξετυλίξουν το πώς τα ελαττωματικά TP53 συνδέονται με την έκρηξη χρωμοσώματων, όπως στα σπασμένα κολιέ, καθώς και ποιες άλλες πτυχές του έργου του νοικοκυριού των κυττάρων εμπλέκονται στον καρκίνο.

Περισσότερα για το EMBL

Το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (European Molecular Biology Laboratory (EMBL)^w1) είναι ένα από τα κορυφαία ερευνητικά ιδεύματα , που ασχοελειται με τη βασική έευνα στην επιστήμη. Το EMBL είναι ένα διεθνές, καινοτόμο και διεπιστημονικό κέντρο. Oι εργαζόμενοι προέρχοται από 60 έθνη κι έχουν σπουδές κ εμπειρία πάνω σε βιολογά, φυσική, χημεία, και πληροφορική και συνεργάζονται στην έρευνα που καλύπτει ολο το φάσμα της μοριακής βιολογίας.

Το EMBL είμαι μέλος του EIROforum^w3, του εκδότη του Science in School.

References

• ​Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοδιεύθυηκαν στο:

  • Rausch T et al. (2012) Genome sequencing of pediatric medulloblastoma links catastrophic DNA rearrangements with TP53 mutations in cancer. Cell 148(1-2): 59-71.

Web References

• w1 – Μαθε περισσότερα για το European Molecular Biology Laboratory.
• w2 – Το Κέντρο Έρευνας για τον Καρκίνο στη Γερμανία (Deutsches Krebsforschungszentrum) είναι το μεγαλύτερο βιοϊατρικό ερευνητικό ίδρυμα στην Γερμανία, με περισσότερους από 1000 επιστήμονες να εξετάξουν τους μηχανισμούς του καρκινου και να εντοπίζουν αιτίες που θα μπορούσαν να τον προκαλούν και προσπαθούν να βρουν στρατηγικές εμπόδισής του.
• w3 – EIROforum είναι μία συνεργασία ανάμεσα σε οχτώ από τα μεγαλύτερα διακυβερνητικούς, επιστημονικούς, ερευνητικούς οργανισμούς της Ευρώπης, που συναδυάζουν τους πόρους τους, τις δυνατότυτές τους και την εξειδίκευσή τους για να βοηθήσουν την επιστήμη στην Ευρώπη να φτάσει τη δυναμική της. Μέρος αυτής της εκπαιδευτκής του EIROforum αποτελεί η έκδοση του Science in School.

Resources

• Για εκπαιδευτική δραστηριότητα για το πώς οι γενετιστές αναγνωρίζουν καρικινικά κύτταρα, δες:

  • Communication and Public Engagement Team (2010) Μπορείς να εντοπίσεις μια καρκινική μετάλλαξη; Science in School 16.

• Για να μάθεις πώς τα καρκινικά βλαστοκύτταρα μπορεί να φέρουν την επανάνσταση στη θεραπεία του καρκίνου, δες:

  • Mazza M (2011) Cancer stem cells – hope for the future? Science in School 21: 18-22.

• Για περισσότερες πληροφορίες για το πώς γενετικές μεταλλάξεις δημιουργούν ασθένειες, δες:

  • Patterson L (2009) Getting a grip on genetic diseases. Science in School 13: 53-58.

• Για μία δραστηριότητα στην τάξη για να ξέρεις τί κρύβουν τα γονίδιά σου, συμπεριλαμβανομένης και της περίπτωσης καρκίνου, δες:

  • Strieth L et al. (2008) Meet the Gene Machine: stimulating bioethical discussions at school. Science in School 9: 34-38.

Institutions

Author(s)

Η Σόνια Φουρτάδο Furtado Νέβες γεννήθηκε στο Λονδίνο, στο Ηνωμένο Βασίλειο, και μετακόμισε στην Πορτογαλία σε ηλικία τριών ετών. Ενώ σπούδαζε για το πτυχίο Ζωολογίας του Πανεπιστημίου της Λισαβόνας, εργάστηκε στο Ζωολογικό Κήπο της Λισαβόνας στο εκπαιδευτικό. Εκεί, ανακάλυψε ότι αυτό που πραγματικά απολαμβάνει είναι να μιλάει στους ανθρώπους σχετικά με την επιστήμη. Συνέχισε σε ένα μεταπτυχιακό στην επικοινωνία της επιστήμης στο Imperial College του Λονδίνου, και είναι σήμερα ο εκπρόσωπος Τύπου του Ευρωπαϊκού Εργαστήριου Μοριακής Βιολογίας στη Χαϊδελβέργη της Γερμανίας.

Review

Το άρθρο είναι γραμμένο με έναν τρόπο σαφή και συνοπτικό με ένα ενδιαφέρον σενάριο. Η αντιστοιχία των χρωμοσωμάτων που εκρήγνυνται με τα σπασμένα κολιέ είναι πολύ απτή· μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές να καταλάβουν πόσο δύσκολο είναι να επανατοποθετήσεις ένα χρωμόσωμα που έχει εκραγεί στην πραγματική του θέση. Είναι εφικτό να πραγματοποιηθεί μία σχετική επίδειξη στο σχολείο δεδομένου ότι στο εργαστήριο της βιολογίας του σχολείου υπάρχουν χάντρες.

Αυτό το άρθρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συμπληρωματική δραστηριότητα στη διδασκαλία των γενετικών μεταλλάξεων ή για συμπληρωματική συζήτηση του ρόλου των γονιδίων στον καρκίνο. Μπορεί, επίσης, να χρησιμοποιηθεί ως βάση για περεταίρων έρευνα σχετικά με τις ΤΡ53 μεταλλάξεις ή για το ρόλο των γονιδίων στον καρκίνο και στο παιδικό μυελοβλάστωμα για μαθητές που ενδιαφέρονται να ασχοληθούν με την ιατρική. Εάν χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με τις κατάλληλες ερωτήσεις, αυτό το άρθρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως άσκηση κατανόησης με πολλές δυνατότητες για έρευνα στο διαδίκτυο σχετικά με τις μεταλλάξεις, τα ογκογονίδια, τους τύπους καρκίνων, τις θεραπείες για τον καρκίνο και τα τελομερή.

Κατάλληλες ερωτήσεις κατανόησης είναι:

1. Εάν μία μετάλλαξη ανιχνευθεί σε όλα τα κύτταρα, είναι πιο πιθανό να είναι μία τυχαία μετάλλαξη ή να κληρονομήθηκε από τους γονείς; Εξηγήστε της απάντησή σας.
2. Τί είναι μυελοβλάστωμα; Εξηγήστε γιατί είναι τόσο κακοήθης.
3. Σχεδιάστε μία σειρά διαγραμμάτων για να δείξετε τι είναι η χρωμοθριψία.
4. Ποιοι είναι οι δύο ρόλοι του γονιδίου ΤΡ53;
5. Ποιοι είναι οι δύο πιθανοί μηχανισμοί με τους οποίους μια μετάλλαξη του ΤΡ53 μπορεί να προκαλέσει καρκίνο;
6. Τι είναι τα ογκογονίδια;
7. Πώς μπορεί η μετάλλαξη στο ΤΡ53 για επηρεάσει τις θεραπείες για τον καρκίνο;
8. Ποιος είναι ο ρόλος των τελομερών στα χρωμοσώματα;

Οι μαθητές θα μπορούσαν, επίσης, να χρησιμοποιήσουν το άρθρο για να δημιουργήσουν ένα γλωσσάρι ασυνήθιστων λέξεων και εννοιών.

Shaista Shirazi, Ηνωμένο Βασίλειο

License

CC-BY-NC-ND

Download

Download this article as a PDF