دراسات وابحاث

تسلسل الحمض النووي يكشف مبكرا عن السرطان

تسلسل الحمض النووي يكشف مبكرا عن السرطان

مصر:إيهاب محمد زايد

 

إمكانات تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) الخالي من الخلايا النانوية للكشف المبكر عن السرطان

 

خلال تقديمه لجلسة عامة في مؤتمر London Calling 2024، مهد دانييل كيم (جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، الولايات المتحدة الأمريكية) الطريق لكيفية قيام مختبره بتطوير تكنولوجيا الخزعة السائلة(هي أخذ العينات وتحليل الأنسجة البيولوجية غير الصلبة، في المقام الأول الدم. ومثل الخزعة التقليدية يُستخدم هذا النوع من التقنية أساساً كأداة تشخيص ورصد لأمراض مثل السرطان، مع فائدة إضافية من كونها غير عدوانية إلى حد كبير.) من الحمض النووي الريبوزي (RNA) للكشف المبكر عن السرطان المحتمل. 

 

وأوضح كيف يحتوي مليلتر واحد من دم الإنسان على مليارات الحويصلات خارج الخلية (EVs) التي تفرزها الخلايا من جميع أنحاء الجسم وتغلف اللبنات الأساسية للحياة – البروتينات والدهون والحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA). 

 

يستخدم دانييل وزملاؤه تسلسل المسام النانوية لأبحاث الخزعة السائلة من الحمض النووي الريبي (RNA) الخالي من الخلايا المحمية بـ EV للتحقيق في “المشهد الواسع للحمض النووي الريبي” وإمكاناته في تشخيص الأمراض وعلاجها ومراقبتها في وقت مبكر. 

 

وسلط الضوء على قوة هذه الأساليب الجهازية ذات التدخل الجراحي البسيط في الكشف عن ثروة من البيانات المتعلقة بالأمراض المعقدة، مثل السرطان، والتي قد تتطلب خزعات أنسجة متعددة وغزوية.

 

وأوضح دانيال أن “الطرق القائمة على الحمض النووي يمكن أن تغفل المراحل الأولى من السرطان”. وشدد على أن التشخيص المبكر للسرطان يمكن أن يتيح علاجات مبكرة ويؤدي في النهاية إلى انخفاض معدل الوفيات. 

 

في حين يتم نسخ 75% من الجينوم البشري، فمن المثير للدهشة أن 1-2% فقط من الجينوم البشري يشفر لنصوص ترميز البروتين؛ وبالتالي، فإن الغالبية العظمى من تسلسلات الحمض النووي الريبي (RNA) المكتوبة غير مشفرة. هذه الأغلبية غير المشفرة – “المادة المظلمة للحمض النووي الريبي للجينوم” – هي التي يستفيد منها دانييل وزملاؤه في أبحاث الكشف المبكر عن السرطان.

 

الطفرات في عائلة جينات RAS هي المحركات المتكررة للسرطان البشري. في دراسة مختبرية، لاحظ دانييل وفريقه أن إدخال جين KRAS الطافر في خط خلايا الرئة أدى إلى زيادة تنظيم الحمض النووي الريبي (RNA) غير المشفر الذي نشأ من العناصر المتكررة، 

 

والتي يتم بعد ذلك إفرازها بشكل تفضيلي في المركبات الكهربائية. قادتهم هذه النتيجة إلى التحقق مما إذا كان من الممكن ملاحظة هذه الظاهرة أيضًا في عينات أبحاث السرطان البشرية.

 

قدم دانيال سير عمل الخزعة السائلة من الحمض النووي الريبي (RNA) COMPLETE-seq، مما أتاح “التوصيف الشامل لنسخة الحمض النووي الريبي (RNA) الخالية من الخلايا”. في سير العمل البحثي هذا، 

 

يتم عزل cfRNA من المركبات الكهربائية في الدم وتسلسلها باستخدام قراءات طويلة النانو وتقنية القراءة القصيرة. ومن خلال تسخير بيانات العناصر المتكررة الناتجة عن سير العمل ونموذج التعلم الآلي، تمكنوا من تحديد “العديد من الميزات التي يمكن من خلالها تشخيص المرض”؛ إن نموذج تصنيف الأمراض هذا «يعمل بشكل أفضل بكثير من مجرد النظر إلى جينات ترميز البروتين».

 

استخدم الفريق تسلسل cDNA nanopore كامل الطول على جهاز MinION لتوصيف cfRNAs من سرطان البنكرياس والتحكم في عينات أبحاث البلازما. تحدت النتائج العقيدة القائلة بأن cfRNAs قصيرة ومتدهورة: 

 

كشفت قراءات المسام النانوية الطويلة عن وجود جزيئات RNA كاملة الطول ومتعددة الأدينيلات ومغطاة يمتد طولها إلى 1 كيلو بايت وتتضمن RNA طويلًا غير مشفر (lncRNA). على حد علم دانيال، تمثل هذه البيانات 

 

“المرة الأولى التي تمكنا فيها حقًا من تحديد الطول الحقيقي لهذه الـ RNA الخالية من الخلايا”. وكشف التحليل الإضافي للبيانات عن نصوص جديدة كانت خاصة بعينات أبحاث سرطان البنكرياس. 

 

وصف دانيال كيف أنه وفريقه “متحمسون حقًا لهذا الاكتشاف الجديد لشكل الحمض النووي الريبي (RNA) الذي تم تمكينه بواسطة هذه المنصة”، والذي قد يمثل في النهاية مؤشرات حيوية يمكن الاستفادة منها في المستقبل للتشخيص المبكر للأمراض.

 

استخدم الفريق أيضًا سير العمل لدراسة سرطان الكبد والمريء. وصف دانيال كيف أن كل سرطان لديه “توقيعات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الخالية من الخلايا المميزة الخاصة به”، والتي ينشأ الكثير منها من الحمض النووي الريبوزي (RNA) غير المشفر والمتكرر. 

 

أدت إضافة بيانات cfRNA nanopore إلى نموذج التعلم الآلي الخاص بهم إلى “أداء أفضل بكثير” مقارنةً باستخدام البيانات من مناطق ترميز البروتين فقط. ومن الجدير بالذكر أن توقيع cfRNA التفاضلي كان واضحًا بشكل خاص في عينات أبحاث سرطان المريء، 

 

لذلك قرر الباحثون مواصلة التحقيق في إمكانات تقنية ثقب النانو للكشف المبكر عن هذا المرض. وأشار دانييل إلى ضعف معدل البقاء على قيد الحياة لمدة خمس سنوات، والذي يبلغ 6% فقط، والمرتبط بالكشف المتأخر عن سرطان المريء 1، مما يؤكد بشكل أكبر على أهمية استمرار دراساتهم.

 

استخدموا بروميثيون 48 لتسلسل cfRNAs في عينات بحثية من أفراد مصابين بسرطان المريء، وحالة مريء باريت السابقة للسرطان، والمجموعة الضابطة. وكشف التسلسل عالي العمق عن “حوالي 287000 نسخة جديدة من الحمض النووي الريبي (RNA) خالية من الخلايا وغير مشروحة”.

 

 وأوضح دانيال أنهم لو نظروا فقط إلى مناطق ترميز البروتين، لكانوا قد وجدوا حوالي 10000 نسخة فقط. وأكد على قدرة هذه البيانات الجديدة على تمكين “الكشف المبكر بشكل أفضل … ليس فقط عن مريء باريت ولكن أيضًا عن مريء باريت”.

 

سرطان هاجيل. علاوة على ذلك، كانت النصوص المأخوذة من عينات أبحاث السرطان أقصر بكثير من الضوابط، مما يشير إلى أن الأساليب القائمة على علم التشظي يمكن أن تبشر بالخير في المستقبل.

 

أخيرًا، عرض دانيال كيف استفاد الفريق من بيانات تسلسل سرطان المريء من برنامج أطلس جينوم السرطان (TCGA) والعينات الطبيعية/الصحية في مجموعة GTEX Consortium الكبيرة للبحث عن توقيعات الحمض النووي الريبي المريئي الخاصة بالسرطان. 

 

وقد كشف هذا عن “المئات من هذه النصوص المشتقة بشكل متكرر والتي تم إثرائها بشكل كبير وبشكل خاص بسرطان المريء”. وباستخدام قراءات طويلة من المسام النانوية، تمكنوا من الحصول على معلومات على مستوى الشكل الإسوي. 

 

في أحد الأمثلة على lncRNA “عالي التنظيم والمنظم بشكل خاص”، أظهر دانيال كيف كشفت بيانات المسام النانوية عن ثلاثة أشكال مختلفة من النص في عينة بحثية واحدة عن سرطان المريء – “نحن قادرون الآن على رؤية الطبيعة الحقيقية لهذه الخلايا الخالية من الخلايا”. الحمض النووي الريبي.

 

“نحن متحمسون حقًا بشأن الإمكانات الهائلة لاكتشاف العلامات الحيوية للحمض النووي الريبي (RNA) الجديدة والخالية من الخلايا، وخاصة الحمض النووي الريبي (RNA) الخاص جدًا بمرض معين”

 

وفي ختام حديثه، أكد دانيال على الإمكانات المستقبلية لتسلسل [كدنا] النانوية باعتبارها “الطريقة الوحيدة” للحصول على مثل هذه النظرة المنهجية للصحة والمرض. بالإضافة إلى أبحاثهم مع PromethION التي تتيح “توصيفًا عميقًا جدًا لعينات البلازما هذه للحصول على فهم أفضل لما يحدث في سياق المرض”، 

 

سلط دانييل الضوء على “إمكانية استخدام جهاز MinION المحمول لتوفير المزيد الوصول العادل إلى … البيئات النائية أو محدودة الموارد حيث يمكننا تقديم هذه … تكنولوجيا الخزعة السائلة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) المتطورة والتي من المحتمل أن تنقذ حياة الأفراد في جميع أنحاء العالم.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى