Onkogenomik
Onkogenomik är ett underområde av genomik som karakteriserar cancerassocierade gener . Den fokuserar på genomiska, epigenomiska och transkriptförändringar i cancer.
Cancer är en genetisk sjukdom som orsakas av ackumulering av DNA-mutationer och epigenetiska förändringar som leder till ohämmad cellproliferation och neoplasmbildning . Målet med oncogenomics är att identifiera nya onkogener eller tumörsuppressorgener som kan ge nya insikter om cancerdiagnostik, förutsäga kliniska utfall av cancer och nya mål för cancerterapier. Framgången med riktade cancerterapier som Gleevec , Herceptin och Avastin väckte hoppet om onkogenomik för att klarlägga nya mål för cancerbehandling.
Förutom att förstå de underliggande genetiska mekanismerna som initierar eller driver cancerprogression, inriktar onkogenomik personlig cancerbehandling. Cancer utvecklas på grund av DNA-mutationer och epigenetiska förändringar som ackumuleras slumpmässigt. Att identifiera och rikta in sig på mutationerna hos en enskild patient kan leda till ökad behandlingseffektivitet.
Slutförandet av Human Genome Project underlättade området för onkogenomik och ökade forskarnas förmåga att hitta onkogener. Sekvenseringsteknologier och globala metyleringsprofileringstekniker har tillämpats på studiet av onkogenomik.
Historia
Den genomiska eran började på 1990-talet, med genereringen av DNA-sekvenser från många organismer. Under 2000-talet möjliggjorde genomförandet av Human Genome Project studiet av funktionell genomik och undersökning av tumörgenom. Cancer är ett huvudfokus.
Den epigenomiska eran började till stor del nyligen, omkring 2000. En viktig källa till epigenetisk förändring är förändrad metylering av CpG-öar vid promotorregionen av gener (se DNA-metylering vid cancer ). Ett antal nyligen framtagna metoder kan bedöma DNA-metyleringsstatusen i cancer kontra normala vävnader. Vissa metoder bedömer metylering av CpGs som finns i olika klasser av loci, inklusive CpG-öar, stränder och hyllor samt promotorer, genkroppar och intergena regioner. Cancer är också ett stort fokus för epigenetiska studier.
Tillgång till hela cancergenomsekvensering är viktig för cancerforskning (eller cancergenom) eftersom:
- Mutationer är den omedelbara orsaken till cancer och definierar tumörfenotypen .
- Tillgång till cancer- och normalvävnadsprover från samma patient och det faktum att de flesta cancermutationer representerar somatiska händelser möjliggör identifiering av cancerspecifika mutationer.
- Cancermutationer är kumulativa och är ibland relaterade till sjukdomsstadiet. Metastaser och läkemedelsresistens kan särskiljas.
Tillgång till metyleringsprofilering är viktig för cancerforskningen eftersom:
- Epi-förare, tillsammans med Mut-förare, kan fungera som omedelbara orsaker till cancer
- Cancerepimutationer är kumulativa och ibland relaterade till sjukdomsstadiet
Helgenomsekvensering
Det första cancergenomet sekvenserades 2008. Denna studie sekvenserade ett typiskt genom för akut myeloid leukemi (AML) och dess normala motsvarighetsgenom som erhållits från samma patient. Jämförelsen avslöjade tio muterade gener. Två ansågs redan bidra till tumörprogression: en intern tandemduplicering av FLT3 -receptortyrosinkinasgenen , som aktiverar kinassignalering och är associerad med en dålig prognos och en fyra basinsättning i exon 12 av NPM1 -genen (NPMc) . Dessa mutationer finns i 25-30 % av AML-tumörer och tros bidra till sjukdomsprogression snarare än att orsaka den direkt.
De återstående 8 var nya mutationer och alla var enstaka basförändringar: Fyra var i familjer som är starkt associerade med cancerpatogenes ( PTPRT , CDH24, PCLKC och SLC15A1 ). De andra fyra hade inget tidigare samband med cancerpatogenes. De hade potentiella funktioner i metabola vägar som föreslog mekanismer genom vilka de kunde verka för att främja cancer (KNDC1, GPR124 , EB12, GRINC1B)
Dessa gener är involverade i vägar som är kända för att bidra till cancerpatogenes, men innan denna studie skulle de flesta inte ha varit kandidater för riktad genterapi. Denna analys validerade tillvägagångssättet för hela cancergenomsekvensering för att identifiera somatiska mutationer och vikten av parallell sekvensering av normala och tumörcellsgenom.
sekvenserades genomet från en exceptionell blåscancerpatient vars tumör hade eliminerats av läkemedlet everolimus , vilket avslöjade mutationer i två gener, TSC1 och NF2 . Mutationerna oreglerade mTOR , proteinet som hämmades av everolimus, vilket gjorde att det kunde reproducera sig utan begränsning. Som ett resultat, 2015, skapades Exceptional Responders Initiative vid National Cancer Institute. Initiativet tillåter sådana exceptionella patienter (som har svarat positivt i minst sex månader på ett cancerläkemedel som vanligtvis misslyckas) att få sina genom sekvenserade för att identifiera relevanta mutationer. När de väl identifierats kunde andra patienter screenas för dessa mutationer och sedan ges läkemedlet. 2016 För det ändamålet inleddes en rikstäckande prövning av cancerläkemedel 2015, som involverade upp till tjugofyrahundra centra. Patienter med lämpliga mutationer matchas med ett av fler än fyrtio läkemedel.
Under 2014 lanserade Center for Molecular Oncology MSK-IMPACT-testet, ett screeningsverktyg som letar efter mutationer i 341 cancerassocierade gener. År 2015 hade mer än fem tusen patienter screenats. Patienter med lämpliga mutationer är berättigade att delta i kliniska prövningar som ger riktad terapi.
Teknologier
Genomikteknologier inkluderar:
Genomsekvensering
- DNA-sekvensering : Pyrosequencing -baserade sekvenserare erbjuder en relativt billig metod för att generera sekvensdata.
- Array Comparative Genome Hybridization : Denna teknik mäter skillnaderna i DNA-kopiatal mellan normala och cancergenom. Den använder fluorescensintensiteten från fluorescensmärkta prover, som hybridiseras till kända prober på en mikroarray.
- Representativ oligonukleotidmikroarrayanalys s . : Detekterar kopietalsvariation med hjälp av amplifierade restriktionssmälta genomiska fragment som hybridiseras till humana oligonukleotider, vilket uppnår en upplösning mellan 30 och 35 kbit/
- Digital Karyotyping : Upptäcker variation av kopiantal med hjälp av genomics-taggar som erhålls via restriktionsenzymklyvning . Dessa taggar länkas sedan till ditags, sammanlänkas, klonas, sekvenseras och mappas tillbaka till referensgenomet för att utvärdera taggens densitet.
- Bakteriell artificiell kromosom (BAC)-ändsekvensering ( slutsekvensprofilering ) : Identifierar kromosomala brytpunkter genom att generera ett BAC-bibliotek från ett cancergenom och sekvensera deras ändar. BAC-klonerna som innehåller kromosomavvikelser har ändsekvenser som inte mappar till en liknande region av referensgenomet, vilket identifierar en kromosomal brytpunkt.
Transkriptom
- Mikroarrayer : Bedöm mängden transkript . Användbar vid klassificering, prognos, ökar möjligheten till olika behandlingsmetoder och underlättar identifiering av mutationer i proteinernas kodande regioner. Det relativa överflödet av alternativa transkript har blivit ett viktigt inslag i cancerforskningen. Särskilda alternativa transkriptformer korrelerar med specifika cancertyper.
- RNA-Sekv
Bioinformatik och funktionell analys av onkogener
Bioinformatikteknik möjliggör statistisk analys av genomiska data. Onkogeners funktionella egenskaper har ännu inte fastställts. Potentiella funktioner inkluderar deras transformationsförmåga relaterad till tumörbildning och specifika roller i varje stadium av cancerutveckling.
Efter detektering av somatiska cancermutationer över en kohort av cancerprover kan bioinformatiska beräkningsanalyser utföras för att identifiera sannolika funktionella och troliga drivrutiner. Det finns tre huvudsakliga tillvägagångssätt som rutinmässigt används för denna identifiering: kartläggning av mutationer, bedömning av effekten av mutation av funktionen hos ett protein eller ett reglerande element och att hitta tecken på positivt urval över en kohort av tumörer. Tillvägagångssätten är inte nödvändigtvis sekventiella, men det finns viktiga prioritetsförhållanden mellan element från de olika tillvägagångssätten. Olika verktyg används vid varje steg.
Operomics
Operomics syftar till att integrera genomik, transkriptomik och proteomik för att förstå de molekylära mekanismerna som ligger till grund för cancerutvecklingen.
Jämförande onkogenomik
Jämförande onkogenomik använder jämförelser mellan arter för att identifiera onkogener. Denna forskning innebär att studera cancergenom, transkriptom och proteom i modellorganismer som möss, identifiera potentiella onkogener och hänvisa tillbaka till humana cancerprover för att se om homologer av dessa onkogener är viktiga för att orsaka cancer hos människor. Genetiska förändringar i musmodeller liknar de som finns i cancer hos människor. Dessa modeller genereras genom metoder inklusive retroviral insättningsmutagenes eller transplantation av cancerceller .
Källa till cancerförarmutationer, cancermutagenes
Mutationer utgör råmaterialet för naturligt urval i evolutionen och kan orsakas av fel i DNA-replikation, verkan av exogena mutagener eller endogen DNA-skada. Maskineriet för replikation och genomupprätthållande kan skadas av mutationer eller förändras av fysiologiska tillstånd och differentiella uttrycksnivåer i cancer (se referenser i ).
Såsom påpekats av Gao et al., upprätthålls stabiliteten och integriteten hos det mänskliga genomet av DNA-damage response ( DDR) systemet. Oreparerad DNA-skada är en viktig orsak till mutationer som driver karcinogenes. Om DNA-reparationen är bristfällig, tenderar DNA-skador att ackumuleras. Sådan överflödig DNA-skada kan öka mutationsfel under DNA-replikation på grund av felbenägen translesionssyntes . Överdriven DNA-skada kan också öka epigenetiska förändringar på grund av fel under DNA-reparation. Sådana mutationer och epigenetiska förändringar kan ge upphov till cancer . DDR-gener undertrycks ofta i human cancer genom epigenetiska mekanismer. Sådan repression kan involvera DNA-metylering av promotorregioner eller repression av DDR-gener av ett mikroRNA. Epigenetisk repression av DDR-gener förekommer oftare än genmutation i många typer av cancer (se Cancer epigenetik ) . Epigenetisk repression spelar således ofta en viktigare roll än mutation för att minska uttrycket av DDR-gener. Detta minskade uttryck av DDR-gener är sannolikt en viktig drivkraft för karcinogenes.
Nukleotidsekvenssammanhang påverkar mutationssannolikheten och analys av mutationella (föränderliga) DNA-motiv kan vara avgörande för att förstå mekanismerna för mutagenes i cancer. Sådana motiv representerar fingeravtrycken av interaktioner mellan DNA och mutagener, mellan DNA och reparations-/replikations-/modifieringsenzymer. Exempel på motiv är AID-motivet WRCY/RGYW (W = A eller T, R = purin och Y = pyrimidin) med C till T/G/A-mutationer och felbenägna DNA-pol η-tillskrivna AID-relaterade mutationer (A till G/C/G) i WA/TW-motiv.
Ett annat (agnostiskt) sätt att analysera det observerade mutationsspektra och DNA-sekvenskontexten för mutationer i tumörer involverar att slå samman alla mutationer av olika typer och sammanhang från cancerprover till en diskret fördelning. Om flera cancerprover är tillgängliga kan deras kontextberoende mutationer representeras i form av en icke-negativ matris. Denna matris kan sönderdelas ytterligare i komponenter (mutationssignaturer) som helst bör beskriva individuella mutagena faktorer. Flera beräkningsmetoder har föreslagits för att lösa detta nedbrytningsproblem. Den första implementeringen av metoden Non-negative Matrix Factorization (NMF) är tillgänglig i Sanger Institute Mutational Signature Framework i form av ett MATLAB-paket. Å andra sidan, om mutationer från ett enstaka tumörprov endast är tillgängliga, kan DeconstructSigs R-paketet och MutaGene-servern tillhandahålla identifiering av bidrag från olika mutationssignaturer för ett enstaka tumörprov. Dessutom tillhandahåller MutaGene-servern mutagena eller cancerspecifika mutationsbakgrundsmodeller och signaturer som kan användas för att beräkna förväntad mutabilitet av DNA och proteinställen för att frikoppla relativa bidrag av mutagenes och selektion i karcinogenes.
Syntetisk dödlighet
Syntetisk dödlighet uppstår när en kombination av brister i uttrycket av två eller flera gener leder till celldöd, medan en brist i endast en av dessa gener inte gör det. Bristerna kan uppstå genom mutationer, epigenetiska förändringar eller hämmare av någon av generna.
Den terapeutiska potentialen hos syntetisk dödlighet som en effektiv anti-cancerstrategi förbättras ständigt. Nyligen har användbarheten av syntetisk dödlighet för riktad cancerterapi ökat på grund av det senaste arbetet av forskare inklusive Ronald A. DePinho och kollegor, i vad som kallas "collateral letalitet". Muller et al. fann att passagerargener, med kromosomal närhet till tumörsuppressorgener, är kollateralt raderade i vissa cancerformer. Sålunda kan identifieringen av kollateralt borttagna redundanta gener som utför en väsentlig cellulär funktion vara den outnyttjade reservoaren för att sedan följa en syntetisk letalitetsstrategi . Collateral letalitet har därför stor potential vid identifiering av nya och selektiva terapeutiska mål inom onkologi. År 2012, Muller et al. identifierade att homozygot deletion av redundant-essentiell glykolytisk ENO1- gen i humant glioblastom (GBM) är konsekvensen av närhet till 1p36-tumörsuppressor-locusdeletioner och kan ha potential för en syntetisk letalitetsstrategi för GBM-hämning. ENO1 är en av tre homologa gener ( ENO2 , ENO3 ) som kodar för däggdjurs- alfa-enolasenzymet . ENO2 , som kodar för enolas 2 , uttrycks mestadels i neurala vävnader, vilket leder till antagandet att i ENO1 -deleterad GBM kan ENO2 vara det ideala målet som den redundanta homologen av ENO1 . Muller fann att både genetisk och farmakologisk ENO2- hämning i GBM-celler med homozygot ENO1- deletion framkallar ett syntetiskt dödlighetsresultat genom selektiv dödande av GBM-celler. 2016 upptäckte Muller och kollegor antibiotikum SF2312 som en mycket potent nanomolar-range enolashämmare som preferentiellt hämmar gliomcellsproliferation och glykolytiskt flöde i ENO1 -utplånade celler. SF2312 visade sig vara mer effektivt än pan-enolashämmaren PhaH och ha mer specificitet för ENO2- hämning än ENO1 . Efterföljande arbete av samma team visade att samma tillvägagångssätt kunde tillämpas på pankreascancer , varvid homozygott raderad SMAD4 resulterar i kollateral deletion av mitokondriellt äppelenzym 2 ( ME2 ), ett oxidativt dekarboxylas som är viktigt för redoxhomeostas . Dey et al. visar att ME2-genomisk deletion i pankreatiska duktala adenokarcinomceller resulterar i hög endogena reaktiva syrearter, i överensstämmelse med KRAS-driven pankreascancer , och i huvudsak primerar ME2-nullceller för syntetisk dödlighet genom utarmning av redundant NAD(P)+-beroende isoform ME3. Effekterna av ME3-utarmning visade sig förmedlas av hämning av de novo-nukleotidsyntes som är ett resultat av AMPK-aktivering och mitokondriell ROS-medierad apoptos. Under tiden har Oike et al. demonstrerade generaliserbarheten av konceptet genom att rikta in sig på redundanta essentiella gener i andra processer än metabolism, nämligen SMARCA4- och SMARCA2 -subenheterna i det kromatinomvandlande SWI/SNF- komplexet.
Vissa onkogener är nödvändiga för överlevnad av alla celler (inte bara cancerceller). Således kan läkemedel som slår ut dessa onkogener (och därigenom dödar cancerceller) också skada normala celler, vilket inducerar betydande sjukdom. Men andra gener kan vara väsentliga för cancerceller men inte för friska celler.
Behandlingar baserade på principen om syntetisk dödlighet har förlängt överlevnaden för cancerpatienter och visar lovande för framtida framsteg när det gäller att vända cancer. En viktig typ av syntetisk dödlighet verkar på DNA-reparationsdefekten som ofta initierar en cancer, och som fortfarande finns i tumörcellerna. Några exempel ges här.
BRCA1- eller BRCA2 -uttryck är bristfälligt i en majoritet av höggradig bröst- och äggstockscancer, vanligtvis på grund av epigenetisk metylering av dess promotor eller epigenetisk repression av ett överuttryckt mikroRNA (se artiklarna BRCA1 och BRCA2 ). BRCA1 och BRCA2 är viktiga komponenter i huvudvägen för homolog rekombinationell reparation av dubbelsträngsbrott. Om det ena eller det andra har brist ökar det risken för cancer, särskilt bröst- eller äggstockscancer. En backup-DNA-reparationsväg, för några av de skador som vanligtvis repareras av BRCA1 och BRCA2, beror på PARP1 . Således svarar många äggstockscancer på en FDA-godkänd behandling med en PARP-hämmare, vilket orsakar syntetisk dödlighet för cancerceller som saknar BRCA1 eller BRCA2. Denna behandling utvärderas också för bröstcancer och många andra cancerformer i kliniska fas III-studier under 2016.
Det finns två vägar för homolog rekombinationell reparation av dubbelsträngsbrott. Huvudvägen beror på BRCA1 , PALB2 och BRCA2 medan en alternativ väg beror på RAD52. Prekliniska studier, som involverar epigenetiskt reducerade eller muterade BRCA-bristceller (i kultur eller injicerade i möss), visar att hämning av RAD52 är syntetiskt dödlig med BRCA-brist.
Mutationer i gener som används i DNA-felmatchningsreparation (MMR) orsakar en hög mutationshastighet. I tumörer genererar sådana täta efterföljande mutationer ofta "icke-själv" immunogena antigener. En klinisk fas II-studie på människa, med 41 patienter, utvärderade en syntetisk dödlig metod för tumörer med eller utan MMR-defekter. Produkten av genen PD-1 undertrycker vanligtvis cytotoxiska immunsvar. Hämning av denna gen möjliggör ett större immunsvar. När cancerpatienter med en defekt i MMR i sina tumörer exponerades för en hämmare av PD-1, upplevde 67 % - 78 % av patienterna immunrelaterad progressionsfri överlevnad. Däremot, för patienter utan defekt MMR, genererade tillägg av PD-1-hämmare endast 11 % av patienterna med immunrelaterad progressionsfri överlevnad. Således är hämning av PD-1 primärt syntetiskt dödlig med MMR-defekter.
ARID1A , en kromatinmodifierare, krävs för icke-homolog ändsammanfogning , en viktig väg som reparerar dubbelsträngsbrott i DNA, och har även transkriptionsreglerande roller. ARID1A-mutationer är en av de 12 vanligaste cancerframkallande mutationerna. Mutation eller epigenetiskt minskat uttryck av ARID1A har hittats i 17 typer av cancer. Prekliniska studier på celler och på möss visar att syntetisk dödlighet för ARID1A-brist uppstår antingen genom hämning av metyltransferasaktiviteten hos EZH2 eller med tillägg av kinashämmaren dasatinib.
Ett annat tillvägagångssätt är att individuellt slå ut varje gen i ett genom och observera effekten på normala och cancerceller. Om knockouten av en annars icke-essentiell gen har liten eller ingen effekt på friska celler, men är dödlig för cancerceller som innehåller en muterad onkogen, kan det systemomfattande undertryckandet av den undertryckta genen förstöra cancerceller samtidigt som friska lämnas relativt oskadade. Tekniken användes för att identifiera PARP-1 -hämmare för att behandla BRCA1 / BRCA2 -associerade cancerformer. I detta fall är den kombinerade närvaron av PARP-1-hämning och av cancerassocierade mutationer i BRCA-gener dödlig endast för cancercellerna.
Databaser för cancerforskning
Cancer Genome Project är ett initiativ för att kartlägga alla somatiska mutationer i cancer. Projektet sekvenserar systematiskt exonerna och de flankerande skarvövergångarna av genomen från primära tumörer och cancercellinjer. COSMIC-programvaran visar data som genereras från dessa experiment. I februari 2008 hade CGP identifierat 4 746 gener och 2 985 mutationer i 1 848 tumörer.
Cancer Genome Anatomy Project innehåller information om forskning om cancergenom, transkriptom och proteom.
Progenetix är en onkogenomisk referensdatabas som presenterar cytogenetiska och molekylär-cytogenetiska tumördata.
Oncomine har sammanställt data från cancertranskriptomprofiler.
Den integrativa onkogenomiska databasen IntOGen och Gitools dataset integrerar multidimensionella mänskliga onkogenomiska data klassificerade efter tumörtyp. Den första versionen av IntOGen fokuserade på rollen av avreglerat genuttryck och CNV i cancer. En senare version betonade mutationella cancerdrivrutiner över 28 tumörtyper. Alla utgåvor av IntOGen-data görs tillgängliga i IntOGen-databasen.
International Cancer Genome Consortium är det största projektet för att samla in data om humant cancergenom. Uppgifterna är tillgängliga via ICGC:s webbplats. BioExpress® Oncology Suite innehåller genuttrycksdata från primära, metastatiska och benigna tumörprover och normala prover, inklusive matchade intilliggande kontroller. Sviten inkluderar hematologiska malignitetsprover för många välkända cancerformer.
Specifika databaser för modelldjur inkluderar Retrovirus Tagged Cancer Gene Database (RTCGD) som sammanställde forskning om retroviral och transposon insertionsmutagenes i mustumörer.
Genfamiljer
Mutationsanalys av hela genfamiljer avslöjade att gener från samma familj har liknande funktioner, som förutspåtts av liknande kodande sekvenser och proteindomäner . Två sådana klasser är kinasfamiljen , involverad i att lägga till fosfatgrupper till proteiner och fosfatasfamiljen , involverad i att avlägsna fosfatgrupper från proteiner. Dessa familjer undersöktes först på grund av deras uppenbara roll vid omvandling av cellulära signaler om celltillväxt eller död. I synnerhet bär mer än 50 % av kolorektalcancer en mutation i en kinas- eller fosfatasgen. Fosfatidylinositold 3-kinaser ( PIK3CA )-genen kodar för lipidkinaser som vanligtvis innehåller mutationer i kolorektala, bröst-, mag-, lung- och olika andra cancerformer. Läkemedelsterapier kan hämma PIK3CA. Ett annat exempel är BRAF -genen, en av de första som är inblandad i melanom. BRAF kodar för ett serin / treoninkinas som är involverat i RAS-RAF- MAPK tillväxtsignalvägen. Mutationer i BRAF orsakar konstitutiv fosforylering och aktivitet i 59 % av melanomen. Innan BRAF var den genetiska mekanismen för melanomutveckling okänd och därför var prognosen för patienterna dålig.
Mitokondriellt DNA
Mitokondriella DNA (mtDNA) mutationer är kopplade till bildandet av tumörer. Fyra typer av mtDNA-mutationer har identifierats:
Punktmutationer
Punktmutationer har observerats i den kodande och icke-kodande regionen av mtDNA som finns i cancerceller. Hos individer med cancer i urinblåsan, huvud/hals och lungcancer visar punktmutationerna inom den kodande regionen tecken på att likna varandra. Detta tyder på att när en frisk cell omvandlas till en tumörcell (en neoplastisk transformation) mitokondrierna bli homogena. Rikliga punktmutationer belägna inom den icke-kodande regionen, D-loop , av cancermitokondrierna tyder på att mutationer inom denna region kan vara en viktig egenskap i vissa cancerformer.
Borttagningar
Denna typ av mutation detekteras sporadiskt på grund av dess ringa storlek (< 1 kb). Uppkomsten av vissa specifika mtDNA-mutationer (264-bp deletion och 66-bp deletion i den komplexa 1 subenhetsgenen ND1) i flera typer av cancer ger vissa bevis på att små mtDNA-deletioner kan uppträda i början av tumörbildning . Det tyder också på att mängden mitokondrier som innehåller dessa deletioner ökar när tumören fortskrider. Ett undantag är en relativt stor deletion som förekommer i många cancerformer (känd som "vanlig deletion"), men fler mtDNA-deletioner i stor skala har hittats i normala celler jämfört med tumörceller. Detta kan bero på en till synes adaptiv process av tumörceller för att eliminera eventuella mitokondrier som innehåller dessa storskaliga deletioner (den "vanliga deletionen" är > 4kb).
Insättningar
Två små mtDNA-insättningar på ~260 och ~520 bp kan förekomma i bröstcancer, magcancer, hepatocellulärt karcinom (HCC) och tjocktarmscancer och i normala celler. Ingen korrelation mellan dessa insättningar och cancer har fastställts.
Kopiera nummermutationer
Karakteriseringen av mtDNA via realtidspolymeraskedjereaktionsanalyser visar närvaron av kvantitativ förändring av mtDNA-kopiantalet i många cancerformer. Ökning i antal kopior förväntas inträffa på grund av oxidativ stress. Å andra sidan tros minskningen orsakas av somatiska punktmutationer i replikationsstartstället för H-strängen och/eller D310 homopolymera c-sträckningen i D-loopregionen, mutationer i p53 ( tumörsuppressorgenen) medierad väg och/eller ineffektiv enzymaktivitet på grund av POLG- mutationer. Varje ökning/minskning av antalet kopior förblir sedan konstant inom tumörceller. Det faktum att mängden mtDNA är konstant i tumörceller tyder på att mängden mtDNA styrs av ett mycket mer komplicerat system i tumörceller, snarare än att det helt enkelt förändras som en konsekvens av onormal cellproliferation. Rollen av mtDNA-innehåll i humana cancerformer varierar tydligen för särskilda tumörtyper eller platser.
| Cancer typ | Plats för punktmutationer | Nukleotidposition för deletioner | Ökning av mtDNA kopia # | Minskning av mtDNA kopia # | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| D-loop | mRNA | tRNA | rRNA | ||||
| Blåsa | X | X | X | 15,642-15,662 | |||
| Bröst | X | X | X | X | 8470-13,447 och 8482-13459 | X | |
| Huvud och nacke | X | X | X | X | 8470-13,447 och 8482-13459 | X | |
| Oral | X | X | 8470-13,447 och 8482-13459 | ||||
| Hepatocellulärt karcinom (HCC) | X | X | X | X | 306-556 och 3894-3960 | X | |
| Esophageal | X | X | X | 8470-13,447 och 8482-13459 | X | ||
| Mag | X | X | X | 298-348 | X | ||
| Prostata | X | X | 8470-13,447 och 8482-13459 | X | |||
57,7% (500/867) innehöll somatiska punktputationer och av de 1172 undersökta mutationerna var 37,8% (443/1127) lokaliserade i D-loopkontrollregionen, 13,1% (154/1172) var lokaliserade i tRNA- eller rRNA-generna och 49,1% (575/1127) hittades i mRNA-gener som behövs för att producera komplex som krävs för mitokondriell andning.
Diagnostiska applikationer
Vissa läkemedel mot cancer riktar sig mot mtDNA och har visat positiva resultat för att döda tumörceller. Forskning har använt mitokondriella mutationer som biomarkörer för cancercellsterapi. Det är lättare att rikta mutation inom mitokondriellt DNA jämfört med nukleärt DNA eftersom mitokondriernas genom är mycket mindre och lättare att screena för specifika mutationer. MtDNA-innehållsförändringar som hittats i blodprover kan kunna fungera som en screeningmarkör för att förutsäga framtida cancerkänslighet samt spåra maligna tumörprogression. Tillsammans med dessa potentiella användbara egenskaper hos mtDNA är det inte under kontroll av cellcykeln och är viktigt för att upprätthålla ATP- generering och mitokondriell homeostas. Dessa egenskaper gör inriktning på mtDNA till en praktisk terapeutisk strategi.
Biomarkörer för cancer
Flera biomarkörer kan vara användbara vid cancerstadieindelning, prognos och behandling. De kan sträcka sig från singelnukleotidpolymorfismer (SNP), kromosomavvikelser , förändringar i antal DNA-kopior, mikrosatellitinstabilitet, promotorregionmetylering eller till och med höga eller låga proteinnivåer.