در سلول ها، DNA بسته بندی شده و به شکل کروموزوم فشرده می شود و حجم وسیعی از اطلاعات ژنتیکی را در فضای بسیار کوچکی ذخیره می کند. با این حال، در سال های اخیر، محققان نوع دیگری از DNA (DNA خارج کروموزومی، ecDNA) را کشف کرده اند که از ژنوم کروموزومی عاری است. این نوع DNA معمولاً به شکل دایرهای وجود دارد و نه تنها حامل ژنهای انکوژنیک است، بلکه معمولاً در بسیاری از انواع تومورهای انسانی نیز وجود دارد.
بیان ecDNA در تومورها را می توان به عنوان انبوهی از اعمال شیطانی توصیف کرد. از آنجایی که ساختار کروماتین در ecDNA سستتر است، نه تنها انکوژن کامل را حمل میکند، بلکه توالیهای پروموتر و تقویتکننده را نیز در بالادست ژن حمل میکند، که باعث میشود فعالیت رونویسی ecDNA بیشتر شود و باعث تقویت انکوژن شود. از سوی دیگر، به دلیل فقدان عناصر سانترومر، ecDNA نمی تواند به طور مساوی در سلول های فرزندان از طریق میتوز توزیع شود، که ناهمگونی سلول های تومور را افزایش می دهد و تکامل آن را تسریع می کند، و سازگاری با محیط و ایجاد مقاومت دارویی را آسان تر می کند. . علاوه بر این، ecDNA همچنین میتواند به اطراف سفر کند و با کل ژنوم تماس پیدا کند و به نوترکیب ژنهای سلولی کمک کند.
به طور کلی اعتقاد بر این است که ecDNA در بافت های طبیعی وجود ندارد. با این حال، مقاله اخیر منتشر شده در Nature، DNA خارج کروموزومی در تبدیل سرطان مری بارت، اشاره کرد که ecDNA قبلاً در بافت هایی که هنوز سرطانی نشده اند ظاهر شده است، که نشان می دهد نقش آن ممکن است ترسناک تر از آنچه قبلا تصور می شد باشد، زیرا می تواند قبل از ظهور سلول های سرطانی، بافت ها را به سمت سرطان سوق می دهد.
بیان ecDNA در تومورها را می توان به عنوان انبوهی از اعمال شیطانی توصیف کرد. از آنجایی که ساختار کروماتین در ecDNA سستتر است، نه تنها انکوژن کامل را حمل میکند، بلکه توالیهای پروموتر و تقویتکننده را نیز در بالادست ژن حمل میکند، که باعث میشود فعالیت رونویسی ecDNA بیشتر شود و باعث تقویت انکوژن شود. از سوی دیگر، به دلیل فقدان عناصر سانترومر، ecDNA نمی تواند به طور مساوی در سلول های فرزندان از طریق میتوز توزیع شود، که ناهمگونی سلول های تومور را افزایش می دهد و تکامل آن را تسریع می کند، و سازگاری با محیط و ایجاد مقاومت دارویی را آسان تر می کند. . علاوه بر این، ecDNA همچنین میتواند به اطراف سفر کند و با کل ژنوم تماس پیدا کند و به نوترکیب ژنهای سلولی کمک کند.
به طور کلی اعتقاد بر این است که ecDNA در بافت های طبیعی وجود ندارد. با این حال، مقاله اخیر منتشر شده در Nature، DNA خارج کروموزومی در تبدیل سرطان مری بارت، اشاره کرد که ecDNA قبلاً در بافت هایی که هنوز سرطانی نشده اند ظاهر شده است، که نشان می دهد نقش آن ممکن است ترسناک تر از آنچه قبلا تصور می شد باشد، زیرا می تواند قبل از ظهور سلول های سرطانی، بافت ها را به سمت سرطان سوق می دهد.
در این مطالعه، محققان دادههای توالییابی کل ژنوم را از دو گروه از بیماران مری بارت و بیماران آدنوکارسینوم مری (EAC) از بریتانیا و ایالات متحده تجزیه و تحلیل کردند. به دلیل بیوپسی مکرر بیماران مری بارت، محققان می توانند نمونه های بافتی را قبل از شروع سرطان جمع آوری کنند.
مری بارت اغلب در بیماران مبتلا به ریفلاکس معده به مری رخ می دهد. از آنجایی که اسید معده و آنزیمها اغلب به مری بازمیگردند، آسیب مزمن ایجاد شده باعث میشود سلولهای دیواره داخلی مری برخی افراد تغییر کنند. در تعداد کمی از بیماران مبتلا به مری بارت، با ناهنجاری های ژنتیکی و تغییرات ساختاری بیشتر و بیشتر در سلول های دیواره داخلی مری، قبل از سرطان از دیسپلازی کم به دیسپلازی بالا تبدیل شده است. در طی این فرآیند، ژنهای خاصی با عملکرد سرکوبکننده تومور ممکن است دچار جهش یا حذف شوند که منجر به تکثیر کل ژنوم، بیثباتی ژنومی یا بازآرایی فاجعهبار کروموزومی میشود و در نهایت به آدنوکارسینوم مری تبدیل میشود. ECDNA همچنین در سلول های در حال تغییر در طول این فرآیند ظاهر می شود.
مری بارت اغلب در بیماران مبتلا به ریفلاکس معده به مری رخ می دهد. از آنجایی که اسید معده و آنزیمها اغلب به مری بازمیگردند، آسیب مزمن ایجاد شده باعث میشود سلولهای دیواره داخلی مری برخی افراد تغییر کنند. در تعداد کمی از بیماران مبتلا به مری بارت، با ناهنجاری های ژنتیکی و تغییرات ساختاری بیشتر و بیشتر در سلول های دیواره داخلی مری، قبل از سرطان از دیسپلازی کم به دیسپلازی بالا تبدیل شده است. در طی این فرآیند، ژنهای خاصی با عملکرد سرکوبکننده تومور ممکن است دچار جهش یا حذف شوند که منجر به تکثیر کل ژنوم، بیثباتی ژنومی یا بازآرایی فاجعهبار کروموزومی میشود و در نهایت به آدنوکارسینوم مری تبدیل میشود. ECDNA همچنین در سلول های در حال تغییر در طول این فرآیند ظاهر می شود.
مری بارت به تدریج به آدنوکارسینوم مری تبدیل می شود
محققان در تلاشند تا تعیین کنند که آیا این ecDNA که در کنار پیشرفت بیماری ظاهر میشود، محصول بیثباتی ژنومی است یا نیروی محرکه هیپرپلازی آتیپیک و در نهایت سقوط از صخره سرطان.
مشخص شد که در گروه بیماران از انگلستان، افرادی که در مرحله مری بارت و مرحله دیسپلازی درجه پایین مری بارت بودند، ecDNA را تشخیص ندادند. در مقابل، 4٪، 25٪ و 43٪ از بیماران در مرحله بسیار دیسپلاستیک، مرحله اولیه سرطان و در مرحله سرطان اواخر به ترتیب ecDNA را تشخیص داده اند. این نشان می دهد که ecDNA در مرحله بسیار دیسپلاستیک قبل از پیشرفت سرطان ظاهر می شود و با پیشرفت سرطان، وضعیت به طور فزاینده ای شدیدتر می شود.
برای گروهی از بیماران از ایالات متحده، محققان سالها پیگیری انجام دادند و نمونهبرداریهای نمونه را در مقاطع زمانی مختلف انجام دادند. نتایج نشان داد که در بین بیمارانی که در نهایت به سرطان مبتلا شدند، 20 درصد بیماران قبل از تشخیص سرطان، ecDNA را کشف کردند، در حالی که در بین بیمارانی که به سرطان مبتلا نشدند، نسبت ecDNA کشف شده تنها 2.5 درصد بود. علاوه بر این، پیگیری طولانی مدت 10 بیمار که ecDNA را تشخیص ندادند نشان داد که تقریباً 10 سال بعد، هنوز به هیپرپلازی بسیار آتیپیک یا آدنوکارسینوم مری تبدیل نشده بودند. این نشان می دهد که وجود ecDNA ارتباط نزدیکی با ایجاد آدنوکارسینوم مری دارد.
علاوه بر این، محققان همچنین دریافتند که اگرچه ecDNA پس از جهش در ژن سرکوبگر تومور شناخته شده TP53 ظاهر می شود، اما ظاهر آن می تواند مستقل از وقوع تکثیر کل ژنوم یا تکه تکه شدن کروموزومی باشد، که مکانیسم تشکیل ecDNA نیست. هنگامی که ناهنجاری های بافت شناسی بیشتری در زیر میکروسکوپ مشاهده می شود، پیچیدگی ساختاری و تعداد کپی ecDNA نیز بیشتر است. 31٪ از افراد بیش از یک ecDNA را شناسایی کردند و یک سوم ecDNA حاوی بیش از یک انکوژن، از جمله برخی از ژن های تنظیم کننده ایمنی بود. همه اینها نشان می دهد که ecDNA نقش محرکی در تبدیل مری بارت به سرطان دارد.
مشخص شد که در گروه بیماران از انگلستان، افرادی که در مرحله مری بارت و مرحله دیسپلازی درجه پایین مری بارت بودند، ecDNA را تشخیص ندادند. در مقابل، 4٪، 25٪ و 43٪ از بیماران در مرحله بسیار دیسپلاستیک، مرحله اولیه سرطان و در مرحله سرطان اواخر به ترتیب ecDNA را تشخیص داده اند. این نشان می دهد که ecDNA در مرحله بسیار دیسپلاستیک قبل از پیشرفت سرطان ظاهر می شود و با پیشرفت سرطان، وضعیت به طور فزاینده ای شدیدتر می شود.
برای گروهی از بیماران از ایالات متحده، محققان سالها پیگیری انجام دادند و نمونهبرداریهای نمونه را در مقاطع زمانی مختلف انجام دادند. نتایج نشان داد که در بین بیمارانی که در نهایت به سرطان مبتلا شدند، 20 درصد بیماران قبل از تشخیص سرطان، ecDNA را کشف کردند، در حالی که در بین بیمارانی که به سرطان مبتلا نشدند، نسبت ecDNA کشف شده تنها 2.5 درصد بود. علاوه بر این، پیگیری طولانی مدت 10 بیمار که ecDNA را تشخیص ندادند نشان داد که تقریباً 10 سال بعد، هنوز به هیپرپلازی بسیار آتیپیک یا آدنوکارسینوم مری تبدیل نشده بودند. این نشان می دهد که وجود ecDNA ارتباط نزدیکی با ایجاد آدنوکارسینوم مری دارد.
علاوه بر این، محققان همچنین دریافتند که اگرچه ecDNA پس از جهش در ژن سرکوبگر تومور شناخته شده TP53 ظاهر می شود، اما ظاهر آن می تواند مستقل از وقوع تکثیر کل ژنوم یا تکه تکه شدن کروموزومی باشد، که مکانیسم تشکیل ecDNA نیست. هنگامی که ناهنجاری های بافت شناسی بیشتری در زیر میکروسکوپ مشاهده می شود، پیچیدگی ساختاری و تعداد کپی ecDNA نیز بیشتر است. 31٪ از افراد بیش از یک ecDNA را شناسایی کردند و یک سوم ecDNA حاوی بیش از یک انکوژن، از جمله برخی از ژن های تنظیم کننده ایمنی بود. همه اینها نشان می دهد که ecDNA نقش محرکی در تبدیل مری بارت به سرطان دارد.
این مطالعه همچنین یک مورد کاملاً نماینده پیدا کرد: این بیمار آمریکایی در طی یک دوره 7 ساله تحت چهار نمونه برداری قرار گرفت. ابتدا بیمار در مرحله بسیار دیسپلاستیک بود و TP53 واقعاً وجود داشت، اما هیچ ecDNA تشخیص داده نشد. پنج سال بعد، هنوز یک مرحله هیپرپلازی بسیار آتیپیک بود، اما یک نوع واحد از ecDNA ظاهر شد. شش ماه بعد، فرد مبتلا به سرطان شد و نوع دوم ecDNA را تشخیص داد. محققان تومورهای بریده شده را تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که تومورها حاوی دو نوع ecDNA هستند، در حالی که هیپرپلازی بسیار آتیپیک باقی مانده فقط حاوی نوع اول ecDNA است. این امر محققان را به این نتیجه رساند که نوع دوم ecDNA منجر به انتقال از دیسپلازی به سرطان می شود.
اگرچه این مطالعه عمدتاً بر اساس مشاهدات بالینی است، تعداد زیادی از افراد در مطالعه کل پیشرفت از مری بارت تا سرطان را پوشش میدهند. تحقیقات تأیید کرده است که ecDNA در واقع میتواند در بافتهای پیش سرطانی ظاهر شود و آنها را مستعد تبدیل سرطان کند، که نشان میدهد ecDNA میتواند به عنوان هدفی برای مداخله اولیه یا درمان برای توسعه درمانهای مرتبط باشد.
نویسنده ارشد این مطالعه، پل میشل، استاد آسیب شناسی در دانشگاه استنفورد، اظهار داشت: «در گذشته، محققان اغلب بخش های مختلف تومور را توالی یابی می کردند و یک درخت تکاملی ترسیم می کردند تا تجزیه و تحلیل کنند که کدام جهش ها رویدادهای کلیدی محرک هستند و کدام یک شاخه شاخه هستند. رویدادهایی که در مراحل پایانی رشد تومور رخ می دهند، اما، از آنجایی که ecDNA به طور تصادفی در سلول های فرزندان توزیع می شود، بیشتر شبیه رویدادهای دیرهنگام در درخت تکاملی است، که باعث می شود افراد به اشتباه فکر کنند که ecDNA هدف خوبی برای درمان نیست تحقیقات نشان داد که این اصل راه حل اشتباه است
در آینده، تیم تحقیقاتی چگونگی بهبود توانایی تشخیص ecDNA را بررسی خواهد کرد، آیا راههایی برای جلوگیری از تشکیل یا فعالیت ecDNA وجود دارد، چگونه ecDNA بر سیستم ایمنی تأثیر میگذارد، و آیا میتوان درمانهای جدیدی را پیرامون ecDNA توسعه داد.
اگرچه این مطالعه عمدتاً بر اساس مشاهدات بالینی است، تعداد زیادی از افراد در مطالعه کل پیشرفت از مری بارت تا سرطان را پوشش میدهند. تحقیقات تأیید کرده است که ecDNA در واقع میتواند در بافتهای پیش سرطانی ظاهر شود و آنها را مستعد تبدیل سرطان کند، که نشان میدهد ecDNA میتواند به عنوان هدفی برای مداخله اولیه یا درمان برای توسعه درمانهای مرتبط باشد.
نویسنده ارشد این مطالعه، پل میشل، استاد آسیب شناسی در دانشگاه استنفورد، اظهار داشت: «در گذشته، محققان اغلب بخش های مختلف تومور را توالی یابی می کردند و یک درخت تکاملی ترسیم می کردند تا تجزیه و تحلیل کنند که کدام جهش ها رویدادهای کلیدی محرک هستند و کدام یک شاخه شاخه هستند. رویدادهایی که در مراحل پایانی رشد تومور رخ می دهند، اما، از آنجایی که ecDNA به طور تصادفی در سلول های فرزندان توزیع می شود، بیشتر شبیه رویدادهای دیرهنگام در درخت تکاملی است، که باعث می شود افراد به اشتباه فکر کنند که ecDNA هدف خوبی برای درمان نیست تحقیقات نشان داد که این اصل راه حل اشتباه است
در آینده، تیم تحقیقاتی چگونگی بهبود توانایی تشخیص ecDNA را بررسی خواهد کرد، آیا راههایی برای جلوگیری از تشکیل یا فعالیت ecDNA وجود دارد، چگونه ecDNA بر سیستم ایمنی تأثیر میگذارد، و آیا میتوان درمانهای جدیدی را پیرامون ecDNA توسعه داد.
