مقاومت گلیوبلاستوما به درمان کشف شد: جهش‌ها، پیری و امیدهای تازه!

چالش‌های درمان گلیوبلاستوما و دستاوردهای نوین

با وجود همه‌ی تحقیقاتِ فراوان، گلیوبلاستوما همچنان یکی از مرگبارترین نوع سرطان‌های مغز به حساب می‌آید. تموزولوماید (TMZ) به عنوان خطِ اولِ درمان برای این بیماری مورد استفاده قرار می‌گیره. اگرچه TMZ به خوبی وارد مغز می‌شه و تومورها رو هدف قرار می‌ده، موفقیت اون بستگی داره به تلاشِ سلول‌های سرطانی برای ترمیم آسیب‌هایِ DNA که دارو ایجاد کرده. متاسفانه، گلیوبلاستوماها معمولا با غیرفعال کردنِ مسیرهای مختلفِ ترمیم DNA، از درمان فرار می‌کنند که این موضوع باعث مقاومت در برابر TMZ و کاهش اثرگذاری اون می‌شه. در این سلول‌های سرطانی که به دارو مقاوم شدن، DNA دچار جهش می‌شه، اما این جهش‌ها باعث مرگ سلولی نمی‌شن.

محققانِ مرکز یکپارچه‌سازی ژنومی در مؤسسه علوم پایه‌ی (IBS) در شهر اولسانِ کره‌جنوبی، به همراه تیم بیوانفورماتیک از مؤسسه ملی علوم و فناوری اولسان (UNIST)، به بینش‌های مهمی در موردِ سازوکارهای مقاومت به TMZ دست پیدا کردن. دستاوردِ این محققان می‌تونه راه رو برای درمان‌های مؤثرتر علیه این سرطانِ ویرانگر هموار کنه.

درکِ چگونگی عملکرد و شکست TMZ

TMZ با ایجاد آسیب در DNA، به‌ویژه یک تغییر به نام O6-methyl گوانین (O6-meG) عمل می‌کنه. این تغییر عبارت است از یک بازِ DNA به نام گوانین که یک گروه متیل به اتمِ اکسیژن در موقعیتِ 6 اون اضافه شده. به طور معمول، سیستم ترمیمِ عدم تطابق (MMR) سلول تلاش می‌کنه تا این آسیب رو ترمیم کنه، اما در مورد O6-meG، جفتِ بازِ جهش‌یافته به راحتی می‌تونه با تیمین جفت بشه، همون‌طور که معمولا با سیتوزین هم جفت می‌شه. این مسئله باعث می‌شه که فرایندِ ترمیم به اشتباه بره و یک چرخه‌ی معیوب از تلاش‌های ناموفق برای ترمیم ایجاد بشه که در نهایت منجر به مرگ سلول‌های توموری می‌شه. با این حال، اگر مسیر MMR غیرفعال بشه، O6-meG دیگه این چرخه سمی رو فعال نمی‌کنه و در عوض، باعث جهش‌های زیادی از سیتوزین به تیمین می‌شه، بدون این‌که سلول‌ها رو از بین ببره. تومورهایی که MMRشون مشکل داره، 100 برابر بیشتر به TMZ مقاوم می‌شن.

با این وجود، می‌شه با تجویزِ یه دوز خیلی بالا از TMZ، این تومورهای مقاوم رو از بین برد. در این غلظت‌های بالا، TMZ یه بازِ متیله‌ی دیگه به اسم 3-methyl آدنین (3-meA) ایجاد می‌کنه که باعث مسدود شدنِ سنتز DNA در سلول‌های سرطانی می‌شه. این باز توسط یک مسیرِ ترمیم DNA متفاوت به نام ترمیم حذف باز (BER) ترمیم می‌شه. اولین آنزیم در مسیر BER، که به نام MPG شناخته می‌شه، فقط بخشِ باز رو از نوکلئوتید حذف می‌کنه و یه جایگاه بدون باز ایجاد می‌کنه که توسط آنزیمِ دیگه‌ای به اسم APE1 به یه شکستِ DNA تک‌رشته‌ای تبدیل می‌شه و بعد این شکاف پر و مهر و موم می‌شه. با این حال، اگر APE1 مهار بشه، سلول‌های گلیوبلاستوما به شدت به TMZ حساس می‌شن، حتی اگه مسیر MMR غیرفعال باشه. بنابراین، APE1 نقطه‌ی ضعف (یعنی، آسیب‌پذیرترین نقطه) مقاومت دارویی تومور هست.

بینش‌های حیرت‌انگیز در مورد جهش‌ها و ارتباط اون با پیری

به طرز شگفت‌انگیزی، محققان IBS متوجه شدن که اگه آنزیم MPG غیرفعال بشه و BER نتونه شروع بشه، سلول‌ها همچنان به TMZ مقاوم باقی می‌مونن. دلیلش اینه که مسدود شدن تکثیر می‌تونه با کمک یه پلیمرِ خاص که می‌تونه آدنین رو به جای باقی‌مانده‌ی مسدودکننده DNA وارد کنه، برطرف بشه. تیم IBS/UNIST با استفاده از توالی‌یابی کل ژنوم، تونستن یه “زخم” جهشی رو شناسایی کنن که محل وقوع مسدود شدن تکثیر رو نشون می‌ده. پلیمرهای DNA خاصی که در زمان مسدود شدن تکثیر DNA توسط 3-meA یا هر آسیبِ انسدادکننده‌ی دیگه به کمک میان، به درستی پلیمرهای سنتزِ ترا-نس‌لزیونی (TLS) نامیده می‌شن. این پلیمرها با آنزیم‌های اصلیِ تکثیر که بخشِ اعظم DNA رو سنتز می کنن، فرق دارن، چون دقت کمتری دارن و می‌تونن نوکلئوتیدهای نامناسب رو وارد کنن، که این ویژگی بهشون اجازه می‌ده از آسیب عبور کنن. با این حال، این ویژگی منحصر به فرد می‌تونه عواقب ناخواسته‌ای داشته باشه: پلیمرهای TLS نه تنها موانع رو در مسیر تکثیر دور می‌زنن، بلکه خطاهایی هم وارد می‌کنن. هرچه سلول مجبور بشه بیشتر از پلیمرهای TLS استفاده کنه، “زخم‌های” جهشی بیشتری در ژنوم جمع می‌شه.

پلیمرز زتا و نقش اون در مقاومت به درمان

یکی از پلیمرزهای خاص TLS که به نام پلیمرز زتا شناخته می‌شه، بیشتر از بقیه به کمک نقاط توقف در فرایندِ تکثیر می‌آد. این پلیمرز یه “امضای جهشی” خاص داره که در ژنوم هرجایی که پلیمرز زتا فعال باشه، ثبت شده. محققای IBS فهمیدن که پلیمرز زتا باعث افزایشِ جهش‌های پس‌زمینه در سلول‌های تحت درمان با TMZ می‌شه. نکته‌ی مهم اینه که پلیمرز زتا، علاوه بر این که به بارِ جهشی بعد از درمان با TMZ کمک می‌کنه، در این مطالعه نشون داده شد که عامل اصلی انباشته شدن جهش‌ها در سلول‌های درمان‌نشده هم هست.

با افزایش سن موجودات، سلول‌هاشون جهش‌هایی رو جمع می‌کنن. یک ارتباطِ قابل توجه بین نرخِ انباشتِ جهش و طول عمر موجودات وجود داره؛ به عنوان مثال، موش‌هایِ عمر کوتاه‌تر، سریع‌تر از انسان‌های با عمر طولانی‌تر، جهش جمع می‌کنن. الگوهای جهشی که پلیمرز زتا به جا می‌ذاره، شباهت داره به یکی از الگوهای جهشی که در پستاندارانِ پیر دیده می‌شه. این یافته‌ی غیرمنتظره به یکی از مکانیسم‌های احتمالیِ پیری، نور می‌تابونه.

مسیر پیشِ رو

محققای IBS از مجموعه‌ای کامل از جهش‌یافته‌های ترمیم DNA برای بررسی ژن‌هایی استفاده کردن که برای زنده موندن در برابر درمان با TMZ ضروری هستن. اونا حساسیت‌های TMZ رو در ده‌ها رده‌ی سلولی که هرکدوم یه ژن ترمیم DNA غیرفعال شده داشتن، تحلیل کردن. همچنین بیش از ۴۰۰ ژنوم از سلول‌هایِ تحت درمان و بدون درمان رو توالی‌یابی کردن تا مشخص کنن چه جهش‌هایی ناشی از غیرفعال شدن مسیر ترمیم DNA، درمان TMZ و ترکیب این دو ایجاد شده.

تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی جهش‌ها، منتهی می‌شه به چیزی که به نام “امضای جهشی” شناخته می‌شه، که می‌تونه ناشی از مواد شیمیایی، تابش و غیرفعال شدن ژن‌های ترمیم DNA باشه که مکررا در سرطان اتفاق می‌افتن. برنامه‌های کامپیوتری تمام جهش‌های موجود در ژنوم رو تحلیل می‌کنن و الگوهای جهشی رو عمدتا بر اساس نوکلئوتیدهای سمت چپ و راستِ جایگزینی‌های نوکلئوتیدی، استخراج می‌کنن. این مطالعه اولین باره که از یه رویکرد جامع با استفاده از مجموعه‌ای از انواع سلول‌ها در زمینه‌های ژنتیکی نرمال و MMR ناکارآمد و ترکیب آزمایش‌های بقا با توالی‌یابی کل ژنوم، استفاده می‌کنه.

در طول این تحقیق، مشخص شد که مسیرهای ترمیم DNA که زیربنای مقاومت دارویی رو می‌سازن، اضافی هستن؛ یعنی وقتی یه مسیر غیرفعال می‌شه، مسیر دیگه‌ای می‌تونه به عنوان پشتیبان عمل کنه. برای این‌که بشه این اضافی بودن رو نشون داد، لازمه که چندین نوع سلول تولید بشه و به طور متوالی مسیرهای مختلف غیرفعال بشن، مثل پوست کندنِ یه پیاز. با برداشتن تدریجی دفاع‌های ترمیم DNA سلول، امضاهای جهشی ژنومی تغییر می‌کنن و نشون می‌دن که کدوم مکانیسم‌ها در پاسخ به دارو فعال می‌شن.

یکی از یافته‌ها اینه که غیرفعال شدنِ بعضی از ژن‌ها، مثل FANCD2، سلول‌های دارای MMR رو به TMZ حساس‌تر می‌کنه، اما تاثیری روی مقاومت سلول‌های فاقد MMR نداره. برعکس، غیرفعال شدن ژن‌های دخیل در BER، مثل APE1 و XRCC1، سلول‌های فاقد MMR رو حساس‌تر می‌کنه، اما تأثیر خیلی کمی روی سلول‌های دارای MMR داره. این مطالعه راهِ مقابله با مقاومت TMZ رو با مهارکننده‌های پروتئین‌های ترمیم DNA مشخص می‌کنه.

به عنوان مثال، مواد مهارکننده MPG به تنهایی احتمالا تاثیر TMZ رو بیشتر نمی‌کنن. از سوی دیگه، مهار APE1 به عنوان یه رویکرد خیلی امیدوارکننده برای مقابله با انباشتِ مقاومت TMZ به نظر می‌رسه. با تولید داروهایی که APE1 رو هدف قرار می‌دن، مهمه که اونا رو برای اثرات هم‌افزایی با TMZ آزمایش کنن. یه رویکرد دیگه که می‌تونه امیدوارکننده باشه، ترکیب مهارکننده‌های APE1 و TLS هست. محققان IBS/UNIST حالا دارن برنامه‌ریزی می‌کنن که روی شناسایی پلیمرزهای TLS که با مقاومت TMZ در ارتباط هستن، تمرکز کنن.

یافته‌های تیم IBS/UNIST یه گام مهم رو به جلو در درک مقاومت گلیوبلاستوما نشون می‌ده و یه امید برای درمان‌های جدید و مؤثرتر به وجود میاره. در حالی که محققان به بررسی لایه‌های پیچیده دفاع‌های تومور ادامه می‌دن، کارشون ما رو به توسعه‌ی درمان‌هایی نزدیک‌تر می‌کنه که حتی می‌تونن از پسِ سرسخت‌ترین سرطان‌ها هم بربیان.