مبارزه با مقاومت گلیوبلاستوما در برابر شیمی‌درمانی

چالش‌های درمان گلیوبلاستوما و کشف‌های جدید

با وجود تحقیقات گسترده، گلیوبلاستوما یکی از کشنده‌ترین انواع سرطان مغز باقی مانده است. تموزولومید (TMZ) به عنوان داروی خط اول در درمان این بیماری استفاده می‌شود. اگرچه TMZ به طور مؤثری به مغز نفوذ کرده و تومورها را هدف قرار می‌دهد، موفقیت آن به تلاش سلول‌های توموری برای ترمیم آسیب‌های DNA ناشی از دارو بستگی دارد. متأسفانه، گلیوبلاستوماها معمولاً با غیرفعال کردن مسیرهای مختلف ترمیم DNA از درمان فرار می‌کنند، که این امر منجر به مقاومت در برابر TMZ و کاهش اثربخشی آن می‌شود. در این سلول‌های سرطانی مقاوم به دارو، DNA دچار جهش می‌شود اما منجر به مرگ سلولی نمی‌گردد.

محققان مرکز یکپارچگی ژنومی در موسسه علوم پایه (IBS) در اولسان، کره جنوبی، به همراه تیم بیوانفورماتیک از موسسه ملی علوم و فناوری اولسان (UNIST)، بینش‌های مهمی درباره مکانیزم‌های مقاومت به TMZ کشف کرده‌اند. کار آن‌ها می‌تواند راه را برای درمان‌های مؤثرتر علیه این سرطان ویرانگر هموار کند.

درک نحوه عملکرد و شکست TMZ

TMZ با ایجاد آسیب به DNA، به‌ویژه یک تغییر به نام O6-methyl guanine (O6-meG) عمل می‌کند. این تغییر یک پایه DNA به نام گوانین است که گروه متیل به اکسیژن در موقعیت 6 آن اضافه شده است. به طور معمول، سیستم ترمیم عدم تطابق (MMR) سلول تلاش می‌کند تا این آسیب را ترمیم کند، اما در مورد O6-meG، جفت پایه جهش‌یافته می‌تواند به طور مؤثری با تیمین جفت شود، همان‌طور که با سیتوزین جفت می‌شود. این امر باعث می‌شود فرآیند ترمیم به اشتباه برود و چرخه‌ای معیوب از تلاش‌های ناموفق برای ترمیم ایجاد شود که در نهایت منجر به مرگ سلول‌های تومور می‌گردد. با این حال، اگر مسیر MMR غیرفعال شود، O6-meG دیگر این چرخه سمی را فعال نمی‌کند و در عوض، منجر به تعداد زیادی جهش از سیتوزین به تیمین می‌شود بدون اینکه سلول‌ها را بکشد. تومورهایی که MMR آن‌ها معیوب است، 100 برابر بیشتر به TMZ مقاوم می‌شوند.

با این حال، می‌توان با تجویز دوز بسیار بالایی از TMZ، این تومورهای مقاوم را کشت. در این غلظت‌های بالا، TMZ یک پایه متیل‌شده دیگر به نام 3-methyl adenine (3-meA) تولید می‌کند که سنتز DNA در سلول‌های سرطانی را مسدود می‌کند. این پایه توسط یک مسیر ترمیم DNA متفاوت به نام ترمیم حذف پایه (BER) ترمیم می‌شود. اولین آنزیم در مسیر BER، به نام MPG، تنها بخش پایه را از نوکلئوتید حذف می‌کند و یک محل بدون پایه ایجاد می‌کند که توسط آنزیم دیگری به نام APE1 به یک شکست DNA تک‌رشته‌ای تبدیل می‌شود و سپس این شکاف پر و مهر و موم می‌شود. با این حال، اگر APE1 مهار شود، سلول‌های گلیوبلاستوما به شدت به TMZ حساس می‌شوند، حتی اگر مسیر MMR غیرفعال باشد. بنابراین، APE1 نقطه ضعف (یعنی، آسیب‌پذیرترین نقطه) مقاومت شیمیایی تومور است.

بینش شگفت‌انگیز در مورد جهش‌ها و ارتباط آن با پیری

به طرز شگفت‌انگیزی، محققان IBS دریافتند که اگر آنزیم MPG غیرفعال شود و BER نتواند آغاز شود، سلول‌ها به TMZ مقاوم باقی می‌مانند. این به این دلیل است که مسدود شدن تکثیر می‌تواند با کمک یک پلیمر خاص که می‌تواند آدنین را به جای باقی‌مانده مسدودکننده DNA وارد کند، برطرف شود. با استفاده از توالی‌یابی کل ژنوم، تیم IBS/UNIST توانست یک «زخم» جهشی را شناسایی کند که محل وقوع مسدود شدن تکثیر را نشان می‌دهد. پلیمرهای DNA خاصی که در زمان مسدود شدن تکثیر DNA توسط 3-meA یا هر آسیب مسدودکننده دیگری به کمک می‌آیند، به درستی پلیمرهای سنتز ترانس‌لزیونی (TLS) نامیده می‌شوند. آن‌ها از آنزیم‌های اصلی تکثیر که عمده DNA را سنتز می‌کنند، متمایز هستند زیرا دقت کمتری دارند و می‌توانند نوکلئوتیدهای نامناسب را وارد کنند، که این امر به آن‌ها اجازه می‌دهد تا از آسیب عبور کنند. با این حال، این ویژگی منحصر به فرد می‌تواند عواقب ناخواسته‌ای داشته باشد: پلیمرهای TLS نه تنها موانع را در مسیر تکثیر دور می‌زنند، بلکه خطاهایی نیز وارد می‌کنند. هر چه سلول بیشتر مجبور به استفاده از پلیمرهای TLS باشد، «زخم‌های» جهشی بیشتری در ژنوم انباشته می‌شود.

پلیمرز زتا و نقش آن در مقاومت به درمان

یکی از پلیمرزهای خاص TLS که به نام **پلیمرز زتا** شناخته می‌شود، بیشتر از سایرین به کمک نقاط توقف در فرآیند تکثیر می‌آید. این پلیمرز دارای “امضای جهشی” خاصی است که در **ژنوم** هر جای که پلیمرز زتا فعال است، حک شده است. محققان **IBS** کشف کردند که پلیمرز زتا باعث افزایش پس‌زمینه جهش‌ها در سلول‌های تحت درمان با **TMZ** می‌شود. به‌طور مهم، علاوه بر اینکه به بار جهشی پس از درمان با **TMZ** کمک می‌کند، در این مطالعه مشخص شد که پلیمرز زتا همچنین عامل اصلی تجمع جهش‌ها در سلول‌های غیر درمان‌شده است.

با افزایش سن موجودات، سلول‌های آن‌ها جهش‌هایی را جمع‌آوری می‌کنند. یک ارتباط قابل توجه بین نرخ تجمع جهش و طول عمر موجودات وجود دارد؛ به عنوان مثال، موش‌های کوتاه‌عمر سریع‌تر از انسان‌های بلندعمر جهش جمع می‌کنند. الگوهای جهشی که توسط پلیمرز زتا به جای می‌مانند، به یکی از الگوهای جهشی که در پستانداران پیر مشاهده می‌شود، شباهت دارند. این یافته غیرمنتظره به یکی از مکانیسم‌های احتمالی پیری روشنایی می‌بخشد.

مسیر پیش رو

محققان **IBS** از مجموعه‌ای جامع از جهش‌یافته‌های ترمیم **DNA** برای مطالعه ژن‌هایی که برای بقا در برابر درمان **TMZ** ضروری هستند، استفاده کردند. آن‌ها حساسیت‌های **TMZ** را در ده‌ها خط سلولی که هر کدام یک ژن ترمیم **DNA** غیرفعال شده داشتند، تحلیل کردند. همچنین بیش از ۴۰۰ ژنوم از سلول‌های تحت درمان و بدون درمان را توالی‌یابی کردند تا مشخص کنند چه جهش‌هایی ناشی از غیرفعال شدن مسیر ترمیم **DNA**، درمان **TMZ** و ترکیب آن‌ها ایجاد شده است.

تحلیل بیوانفورماتیکی جهش‌ها، به آنچه که به عنوان “امضای جهشی” شناخته می‌شود، می‌انجامد که می‌تواند ناشی از مواد شیمیایی، تابش و غیرفعال شدن ژن‌های ترمیم **DNA** باشد که به‌طور مکرر در سرطان رخ می‌دهد. برنامه‌های کامپیوتری تمام جهش‌های موجود در **ژنوم** را تحلیل کرده و الگوهای جهشی را عمدتاً بر اساس نوکلئوتیدهای سمت چپ و راست جایگزینی‌های نوکلئوتیدی استخراج می‌کنند. این مطالعه اولین بار است که از یک رویکرد جامع با استفاده از مجموعه‌ای از نوقی‌ها در زمینه‌های ژنتیکی نرمال و **MMR** ناکارآمد و ترکیب آزمایش‌های بقا با توالی‌یابی کل **ژنوم** استفاده می‌کند.

در طول این تحقیق، مشخص شد که مسیرهای ترمیم **DNA** که زیرساخت مقاومت دارویی را تشکیل می‌دهند، اضافی هستند؛ یعنی وقتی یک مسیر غیرفعال می‌شود، مسیر دیگری می‌تواند به عنوان پشتیبان عمل کند. برای آشکار کردن این اضافی بودن، لازم است که چندین نوقی تولید شود و به‌طور متوالی مسیرهای مختلف غیرفعال شوند، مانند پوست کندن یک پیاز. با حذف تدریجی دفاع‌های ترمیم **DNA** سلول، امضاهای جهشی **ژنومی** تغییر می‌کنند و نشان می‌دهند که کدام مکانیسم‌ها در پاسخ به دارو فعال می‌شوند.

یکی از یافته‌ها این است که غیرفعال شدن برخی ژن‌ها، مانند **FANCD2**، سلول‌های دارای **MMR** را به **TMZ** حساس‌تر می‌کند اما تأثیری بر مقاومت سلول‌های فاقد **MMR** ندارد. برعکس، غیرفعال شدن ژن‌های دخیل در **BER**، مانند **APE1** و **XRCC1**، سلول‌های فاقد **MMR** را حساس‌تر می‌کند اما تأثیر بسیار کمی بر سلول‌های دارای **MMR** دارد. این مطالعه امکان ترسیم مسیر مبارزه با مقاومت **TMZ** با مهارکننده‌های پروتئین‌های ترمیم **DNA** را فراهم می‌کند.

به‌عنوان مثال، مواد مهارکننده **MPG** به تنهایی احتمالاً تأثیر **TMZ** را بیشتر نمی‌کنند. از سوی دیگر، مهار **APE1** به عنوان یک رویکرد بسیار امیدوارکننده برای مقابله با تجمع مقاومت **TMZ** به نظر می‌رسد. با توسعه داروهایی که به **APE1** هدف‌گذاری می‌کنند، مهم است که آن‌ها را برای اثرات هم‌افزایی با **TMZ** آزمایش کنند. رویکرد دیگری که ممکن است امیدوارکننده باشد، ترکیب مهارکننده‌های **APE1** و **TLS** است. محققان **IBS/UNIST** اکنون برنامه‌ریزی می‌کنند تا بر شناسایی پلیمرزهای **TLS** که برای مقاومت **TMZ** مرتبط هستند، تمرکز کنند.

یافته‌های تیم **IBS/UNIST** یک گام مهم به جلو در درک مقاومت گلیوبلاستوما را نشان می‌دهد و امیدی برای درمان‌های جدید و مؤثرتر ارائه می‌دهد. در حالی که محققان به بررسی لایه‌های پیچیده دفاع‌های تومور ادامه می‌دهند، کار آن‌ها ما را به توسعه درمان‌هایی نزدیک‌تر می‌کند که حتی می‌توانند از پس سرسخت‌ترین سرطان‌ها برآیند.