Bir kanser mutasyonunu belirleyebilir misiniz? Teach article

Çeviri: Samet Kocabay ve Hikmet Geçkil. Kanser nasıl gelişir ve genetikçiler bir hücrenin kanserli olup olmadığını nasıl anlarlar? Birleşik Krallık’taki Wellcome Trust Sanger Institute’den İletişim ve Halk Sorumluluğu ekibi tarafından geliştirilmiş bu öğretim aktivitesi,…

Tüm kanserler bazı hücrelerimizdek DNA dizisi değişimlerinden kaynaklanır. Çünkü hücrelerdeki genetik malzeme, UV radyosyonu gibi mutajenlere maruz kaldığında, bu durum replikasyon sırasında hatalar olarak birikebilir. Bazen, bu mutayonlardan biri kritik bir genin fonksiyonunu değiştirerek, meydana geldiği hücreye ve onun döllerine bir büyüme avantajı sağlar. Sonuçta, bu hücreler komşu hücrelerinden daha yüksek bir hızda bölünecektir.

Gitgide DNA’nın daha fazla mutasyon biriktirmesi diğer kilit genlerin bütünlüğünün bozulmasına yol açar ve bu durum özellikle hızlı büyümeye ve istilacı hücrelere neden olur. Bunun sonucunda tümör oluşur, etraftaki dokuların istilası ve nihayetinde metaztas yani vücudun diğer kısımlarına kanserin dağılması gözlenir.

Mutasyona uğradıklarında kanser gelişimine yol açan genler ‘kanser genleri’ olarak bilinir.

Tümör baskılayıcı genler (TSGler; Şekil 1) normalde hücre büyümesini yavaşlatan bilgiyi kodlayan poteinleri yaparlar. Hücrenin DNA’sı zarar görmüşse, bu proteinler gereksiz hücre bölünmesini engeller veya apoptozu (programlanmış hücre ölümü) teşvik eder. Bu tür normal işleyen hücre döngüsünün kontrolünün kaybedilmesi için, TSG’nin her iki kopyasının da mutasyonla inaktive edilmesi gerekir. Eğer bir işlevsel kopya hala varsa, hücrenin kontrolsüz büyümesine karşı hala bir ‘fren’ var demekteir

Aksine proto-onkogenler (Şekil 2) hücre bölünmesi ve farklılaşmasını (özelleşmesini) teşvik eden proteinleri kodlarlar. Bu genler mutasyona uğradıklarında, ya sürekli aktif halde kalan proteinleri yaparlar ya da genin aktivitesinin artık düzenlenememesine yol açarlara. Böylece, bu genler onkogenlere dönüşerek kontrolsüz hücre büyümesini ve bölünmesini teşvik ederler. Proto-onkogenlerin herhangi bir kopyasındaki bir mutasyon, kanser gelişimini başlatmaya yeterli olabilir.

Her hanser proto onkogenlerde ve/veya TSG’lerdeki özel bir seri mutasyon tarafından meydana gelir. Sayı henüz bilinmemesine rağmen, bir hücrenin (ve onun yavru döllerinin) kanserli hale dönüşmesi için kanser genlerinde beş veya daha fazla mutasyona ihtiyaç duyulduğu düşünülmektedir.

KRAS (key–ras diye okunur), hücre büyümesini teşvik etmekte rol alan ve hücre içi bir sinyal proteini olan KRAS proteinini kodlayan bir proto-onkogendir (proteinlerden ayırt etmek için, gen isimleri geleneksel olarak italik yazılır). Aşağıdaki aktivite, Kanser Genom Projesinden^w1 gerçek genomik verileri kullanıp onkogenezle (kanser oluşumu) ile ilişkili ve pankreas, kalınbağırsak, akciğer ve diğer kanserlerin gelişiminden sorumlu KRAS genindeki yaygın mutasyonları araştırmak için öğrencilere bir olanak sunmaktadır. Aslında Sanger Enstitüsü’ne^w2 yapılan okul ziyaretleri için geliştirilen aktivite sonradan Yourgenome.org^w3 websitesi aracılığı hereksesin erişimine açık hale geitirildi. Hinxton (Birleşik Krallık)’ta bulunan European Bioinformatics Institute^w5’deki ELLS^w4 tarafından Avrupalı öğretmenler için yürütülen biyoinformatik dersinin bir parçasını oluşturdu. Aktivite, kanserin nedenlerini, gen mutasyonlarının rolünü, protein yapı ve fonksiyonunu tartışmaktadır.

KRAS aktivitesi

Tahmini süre: 45-60 dakika (sunum ve tartışma ile birlikte)

Malzemeler

Aktiviteyi gerçekleştirmek için gerekli tüm malzemeler Yourgenome.org websitesinden ya tek tek veya sıkıştırılmış bir zip dosyası^w6 şeklinde ücretsiz indirilebilir.

• 11 adet veri sayfasından oluşan bir set (KRAS_student_wsheet.pdf) – iki öğrenci veya öğrenci grubu için bir adet veri sayfası. Bir alternatif versiyon siyah ve beyaz yazıcılar için veya renk körlüğü olan öğrenciler için mevcuttur. Büyük gruplar için (20 veya üzeri) genin iki tekrarlı çalışılması için iki veri kâğıdı seti kullanın.

• Tüm sınıf için bir KRAS gen dizisi afişi (KRAS_gene_banner.pdf) ve her öğrenci grubu için bir KRAS gen sayfası (KRAS_genesheet_yg.pdf; Şekil 3). Gen sayfasını (A3 veya A4 kağıdına basılmış) hazırlamak az zaman gerektirir. Birkaç kağıda basılmış ve sonradan biraraya getirilmiş KRAS afişi tüm sınıfın aynı anda sonuçları sunmasına olanak tanır.

• Tek kodon çark levha (KRAS_codon_wheel.pdf veya anlamlı DNA için 5’den 3’yöne doğru için herhangi bir kodon tablosu) (bakınız Şekil 4 ve 5)
• Grup başına bir özet kağıdı (KRAS_ data_sheet.pdf)
• Tükenmez kalemler

Afişi kullanarak gen dizisi üzerindeki mutasyonları işaretlemek için geniş oklara, kontrol edilmiş bölgeleri işaretlemek için karelere (KRAS_annotations.pdf) ve gen dizileme afişine kareleri ve okları yapıştırmak için yeniden kullanılabilir yapışkanlara (örneğin Blu Tack®) da ihtiyaç duyacaksınız. İndirilebilir öğretmen notlarında bu metodun nasıl kullanılacağı hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz^w6.

Ek olarak, DNA, peptit ve/veya protein modellerini elde bulundurmak ve Wellcome Trust Sanger Enstitüsünin KRAS aktivitesi websitesindeki kanser animasyonlarını (Cancer: Rogue cells ve Role of cancer genes) kullanmak faydalı olabilir^w6.

Aktiviteye giriş

Investigating Cancer (Kanseri İncelemek) sunumu (online olarak mevcuttur^w6) öğrencilere kanserin genel bir özetini sağlar. DNA dizisindeki anormalliklerden dolayı kanser artışı kavramını tanıtarak bu mutasyonların çeşitli nedenlerini açıklar ve veri kâğıtlarıyla birlikte aktiviteyi tanıtır. Sunumun birkaç bölümü öğrenciyi tartışmaya konusunda cesaretlendirir (sunum notlarına^w6 bakınız).

Aktivitenin ilk kısmında, öğrenciler veri kağıtlarındaki tümör ve sağlıklı hücrelerdeki KRAS gen dizileri arasındaki farklılıkları tanımlarlar ve KRAS afişi veya gen çarkı üzerinde bunları işaretlerler.

Çalışma veri sayfaları kanserli ve sağlıklı hücre örneklerinden ham KRAS DNA dizi izlerine sahiptir ve genin her bir bölgesi için bir tane olmak üzere renklendirilmiş çizgi grafikleri olarak temsil edilirler. Bu grafikler üzerinde dört baz dört farklı renkle temsil edilir. Her renkli pik bir DNA bazını temsil eder.

Kırmızı: T

Yeşil: A

Mavi: C

Siyah: G (normalde bu pikler sarı gösterilir. Fakat bunu kağıt üzerinde okumak kolay olmadığından sihay gösterilmiştir)

Toplamda 11 tane numaralandırılmış çalışma veri kağıdı vardır. Her biri KRAS geninin farklı iki bölgesini göstermektedir. KRAS geninde bulunan altı mutasyon birden altıya kağıtlar üzerindedir. Kağıtların sınıfa dağıtılmadan önce karıştırıldığından emin olunuz. Böylece genin tam kopyasının sınıfa dağıtıldığından emin olunmalıdır. Mutasyonların (nispeten) nadir olduğu ve bu nedenle herkesin bir tane bulamayacağı öğrencilere anlatılmalıdır. Bu durum, bilimsel çalışmalarda negatif verinin ve makul kapsamanın önemini anlamak için önemlidir.

Mutasyonları tanımlamak

Çalışma veri kağıtlarını kullanarak öğrenciler aynı hastanın bir tümör hücresinden ve sağlıklı bir hücresinden DNA dizisinin bir kesitini karşılaştıracaktır. Bir mutasyonun meydana gelip gelmediğinin belirlenmesinin en kolay yolu, renklendirilmiş piklerin aşağısına DNA dizisini yazmak (kağıt üzerinde yardım etmek için renkli bir anahtar vardır) ve yazılmış dizileri karşılaştırmaktır.

Eğer harflerin birisi farklı ise (bir pik değişik renge sahipse), bu durum dizideki mutasyonu göstermektedir. Şekil 7’de (sağda) sağlıklı hücrenin DNA dizisindeki A, tümör hücresindeki G ile yer değiştirmiştir.

Eğer öğrenciler bir bazın pozisyonunda çakışan bir çift pik bulurlarsa, bu durum ilgili pozisyonda iki bazın birlikte biri diğerinin üzerinde olacak şekilde kaydedilmesini gerektiri. Şekil 8‘de sağlıklı DNA dizisi bir G nükleotidine sahip oysaki tümör dizisi hem G hem de C nükleotitlerine sahip. Bu durum bir eklenme değildir. Genin sadece bir kopyasındaki bir G için bir C’nin yer değiştirdiği heterozigot mutasyonu temsil etmektedir. Bu durumda, tümör dizisindeki G nükleotidi bir C nükleotidi ile yer değiştirmiştir.

Tüm öğrenciler gen kağıtları üzerinde, ilgili bölgeleri işaretleyerek kontrol etmiş oldukları gen bölgelerini göstermelidir (Şekil 9’a bakınız, solda).

Bir mutasyon bulan öğrenciler gen kağıdı üzerinde spesifik bazı daire içerisine alarak göstermelidirler (Şekil 9’a bakınız) ve bunun bulunduğu kodonu not etmelilerdir (bu örnekte, kodon 12).

Öğrenciler aynı zamanda çalışma kağıdının altındaki tabloyu da doldurmalı ve Tablo 1’de gösterildiği gibi DNA dizisini kodon çarkını kullanarak aminoasitlere dönüştürmelidir:

Tüm mutasyonlar bulunduğunda, bunları özet veri kağıdı üzerine kaydediniz (bakınız Tablo 2).

Sonuçları tartışmak

Yukardaki sonuçların hepsi tek baz değişimleridir. KRAS geninin protein kodlayan bölgesindeki bu mutasyonlar, değişikliğe uğramış kodon tarafından kodlanacak bilgiye göre üç çeşitten biri içinde sınıflandırılabilir.

• Sessiz mutasyonlar aynı amino asiti asiti kodlar.
• Yanlış anlamlı mutasyonlar farklı bir amino asiti kodlar.
• Anlamsız mutasyonlar bir sonlandırma için kodlar ve böylece proteini kısaltabilir.

Mutasyonların önemli olup olmadığını tartışınız. Mutasyonlar protein işlevi üzerine bir etkiye sahip olacaklar mı veya onlar ‘sessiz’ midir? Bu aktivitede, 30. ve 173. kodonlar sessizdir ve bu yüzden bir fonksiyonel etkiye sahip değillerdir.

Sunum, KRAS proteininin üç boyutlu bir boşluk doldurma görüntüsüdür (Şekil 10, sağda); 26-30 arasındaki slaytlar, protein üzerindeki önemli mutasyonların nerede olduğunu göstermekte olup, bunların tamamının aynı bölgede olduğunu farkedeceksiniz. 12, 13 ve 61 nolu kodonlar KRAS proteininindeki onkojenik tranformasyonla ilişkili ilk mutasyonlardı; mutasyon 146 daha 2005’te keşfedildi. Bu slaytları kullanarak, mutasyonların protein yapısı ve KRAS’ın büyüme sinyalindeki fonksiyonunu üzerindeki etkisini tartışınız.

Tercihe dayalı bir aktivite olarak öğrenciler 26-30 arasındaki slaytlar üzerinde görüntüleri yaratmada kullanılan moleküler modelleme yazılımı olan RasMol’ü protein yapısındaki mutasyona uğramış amino asitleri belirlemek için kullanabilirler. Detaylı bilgi için öğretmen notlarına^w6 bakınız.

Bu gibi bilgiler kansere yaklaşımımızı nasıl etkiler?

Zengin altyapı bilgilerini içeren öğretmen notları^w6, örnek olarak KRAS’ı kullanarak kanser ve kanser tedavilerinin gelişimini anlamamıza yönelik genetik bilginin daha başka nasıl kullanılabileceği hakkındaki tartışmaları teşvik eetmektedir. Öğrenciler için tartışma noktaları:

• KRAS mutasyonlarını içeren kanserleri tespit etmek için hangi deneyler veya yaklaşımlar kullanılabilir?
• Bu bilginin bilinmesinin avantajları nelerdir?
• Kanser bir genetik hastalıktır: DNA dizisindeki değişikliklerin sonucu oluşur. Bu nedenle birçok insan, kanser genetiğine dair araştırmaların önemli finansallarla desteklenmesinin yeni kanser tedavileri geliştirmek ve böylece bu hastalıkla baş edebilmenin en iyi yol olduğuna inanır. Kanser tadavisi ve hastaların bakımı da çok miktarda para gerektirir (Birleşik Krallık Ulusal Sağlık Servisi sadece 2000 yılında kanser için 2 milyar sterlinden fazla para harcadı). Öğrenciler paranın nerede ve nasıl harcanması gerektiğini düşünüyorlar?

Download

Download this article as a PDF