Dve komplementarne studije sa Fakulteta medicinskih i zdravstvenih nauka Univerziteta u Tel Avivu, u saradnji sa Evropskim institutom za onkologiju u Milanu, opširno su ispitale karakteristike ćelija sa abnormalnim brojem hromozoma – poznatih kao aneuploidne ćelije – i otkrile da može unaprediti nove tretmane raka.
Prema istraživačima, „Značajan deo ćelija raka je aneuploid, a ova osobina ih razlikuje od zdravih ćelija. Naš rad se fokusira na ranjivost aneuploidnih ćelija, sa ciljem da promoviše nove strategije za eliminaciju kanceroznih tumora. U našim studijama, otkrili smo da aneuploidija povećava osetljivost ćelija raka na određene vrste lekova protiv raka.“
Studije su vodili prof. Uri Ben-David i doktorand Johana Zerbib sa Odeljenja za ljudsku molekularnu genetiku i biohemiju na Fakultetu medicinskih i zdravstvenih nauka Univerziteta u Tel Avivu, u saradnji sa profesorom Stefanom Santaguidom i doktorandom Maricom Rosariom Ippolito sa Univerziteta u Milanu u Italiji, zajedno sa istraživačima iz obe laboratorije. Dodatni saradnici uključivali su istraživačke timove u Izraelu, Italiji, SAD i Nemačkoj.
Dva članka zasnovana na istraživanju objavljena su u časopisima Cancer Discoveri i Nature Communications .
Profesor Ben-David je objasnio: „U jezgru zdrave ljudske ćelije postoje 23 para hromozoma — polovina od oca i polovina od majke, ukupno 46. Jedna od karakteristika ćelija raka, koja ih razlikuje od zdravih ćelije, je abnormalni broj hromozoma, koji je rezultat nepravilne deobe ćelija—fenomen poznat kao aneuploidija Verujemo da ako možemo da identifikujemo specifične ranjivosti aneuploidnih ćelija, možemo promovisati nove tretmane raka koji ciljaju na ove slabosti i ne štete zdravim ćelijama. .
„Pre otprilike tri godine objavili smo sveobuhvatnu studiju u časopisu Nature , u kojoj smo klasifikovali približno 2.000 malignih ćelija različitih tipova raka prema njihovom nivou aneuploidije i ispitali kako reaguju na različite postojeće tretmane. U toj studiji otkrili smo nove ranjivosti aneuploidnih ćelija – međutim, studija je imala ograničenje: pošto su ćelije poticale iz različitih vrsta raka, bilo je teško izolovati uticaj same aneuploidije od efekta drugih genetskih razlika između tumora.“
Shodno tome, istraživači su odlučili da sprovedu novu studiju koristeći kulture ljudskih ćelija koje su sve genetski identične (tj. potiču od iste osobe). Istraživači su kulturama dodali supstancu koja remeti razdvajanje hromozoma, uzrokujući da neke od njih postanu aneuploidne. Pošto su ćelije bile genetski identične, jedina razlika između njih nakon procedure je bio nivo aneuploidije, odnosno broj hromozoma.
Da bi se temeljno ispitali efekti aneuploidije, ćelije su prošle kroz različite procese karakterizacije: sekvenciranje DNK i RNK, merenje nivoa svih proteina u ćeliji, procenu odgovora na 6.000 različitih lekova, kao i proces poznat kao CRISPR skrining – sistematski narušavanje svakog gena u genomu da bi se identifikovali geni koji su neophodni u ćelijama.
Istraživači su istakli: „Na ovaj način je uspostavljena obimna i jedinstvena baza podataka o karakteristikama aneuploidnih ćelija, koja može poslužiti kao osnova za buduće studije, kao i za razvoj bioloških markera koji predviđaju odgovore pacijenata obolelih od raka na određene lekove i tretmani“.
U okviru sveobuhvatnog istraživanja uočen je mehanizam nazvan MAPK (mitogen-aktivirana protein kinaza), koji je posebno ključan za popravku oštećenja DNK u aneuploidnim ćelijama. Studija je takođe pokazala da je ovaj mehanizam relevantan za različite tipove aneuploidnih ćelija – među njima i ćelije raka u kulturama i u ljudskim tumorima.
Prof. Ben-David je rekao: „Otkrili smo da aneuploidne ćelije raka povećavaju aktivnost mehanizama za popravku DNK zbog velike količine prisutnog oštećenja DNK; i otkrili smo mehanizam koji bi nam mogao omogućiti da iskoristimo ovu karakteristiku za ciljanje ovih ćelija raka. “
Da bi testirali svoju hipotezu, istraživači su poremetili MAPK put u ćelijama, a zatim ispitali njihovu osetljivost na hemoterapiju. Nalazi su bili obećavajući: aneuploidne ćelije u kojima je ovaj mehanizam bio poremećen bile su mnogo osetljivije na hemoterapiju (koja izaziva oštećenje DNK) u poređenju sa ćelijama sa normalnim brojem hromozoma.
Istraživači su zatim pokušali da utvrde da li postoji korelacija između ovog puta i kliničkog odgovora pacijenata sa rakom na hemoterapiju. U tu svrhu oslanjali su se na podatke iz kliničkih tretmana i eksperimenata gde su humani tumori implantirani miševima, a rezultati su bili jasni: što je veća aktivnost puta u aneuploidnim tumorima, to je veća njihova otpornost na hemoterapiju.
Sveobuhvatna karakterizacija aneuploidnih ćelija takođe je otkrila još jedan značajan nalaz: ove ćelije, koje sadrže više hromozoma od normalnih ćelija, takođe nužno sadrže veću količinu DNK, što dovodi do viška proizvodnje RNK i proteina. Ćelija, nastojeći da nadoknadi ovu prekomernu proizvodnju, pokušava da ućutka i razgradi višak RNK i proteina.
Johana Zerbib je primetila: „Ovde smo pronašli još jednu ranjivost aneuploidnih ćelija, na osnovu naše hipoteze da su ove ćelije osetljivije na postojeće lekove koji inhibiraju razgradnju proteina. Da bismo potvrdili ovu hipotezu, izložili smo ćelijske kulture takvim lekovima i analizirali kliničke podatke pacijenata lečeni lekom koji inhibira razgradnju proteina u ćelijama. Nalazi su podržali hipotezu – aneuploidija povećava osetljivost ćelija raka na ove lekove.“
Profesor Ben-David je zaključio: „U našem istraživanju identifikovali smo dve značajne ranjivosti koje karakterišu aneuploidne ćelije — ćelije sa hromozomskim promenama koje se obično nalaze u ćelijama raka. Prvi je mehanizam neophodan za popravku oštećenja DNK, gde oštećenje značajno povećava osetljivost aneuploidnih ćelija na hemoterapiju, drugi je povećana degradacija viška RNK i proteina, koja se može ciljati, između ostalog, inhibitorima koji su već u kliničkoj upotrebi.
„Takođe smo kreirali opsežnu bazu podataka karakteristika aneuploidnih ćelija koje mogu poslužiti za predviđanje odgovora pacijenata obolelih od raka na različite lekove i tretmane. Verujemo da će rezultati našeg istraživanja koristiti mnogim istraživačima, onkolozima i pacijentima u godinama koje dolaze.“
