نقش NGS در تحقیقات سرطان
به گزارش روابط عمومی پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، کاربرد گسترده‌ی NGS، به طور عمده از میان غربالگری کل ژنوم، اگزوم و ترانسکریپتوم، اطلاعات با ارزشی را از وضیعت سلول های سرطانی در اختیار ما قرار می دهد. همراه با استفاده از ابزار بیوانفورماتیک،& NGS انقلابی در تحقیق، تشخیص و درمان سرطان ایجاد کرده است.
طی دو دهه‌ی اخیر، “تعیین توالی سانگر”در تحقیقات ژنومی بیشترین نقش را ایفا کرده و دستاورد های زیادی داشته است، از جمله تعیین توالی ژنوم انسانی که منجر به شناسایی اختلالات منوژنیک شد و همچنین بررسی جهش های هدفمند ایجاد شده در سلول های سوماتیک را امکان پذیر کرد. علیرغم دستاورد های با ارزش تعیین توالی سانگر، نیاز به روش های تعیین توالی با سرعت بالا و قیمت پایین، از دغدغه های اساسی محققین بود که منجر به ظهور روشی به نام NGS گردید. توانایی NGS برای فراهم ساختن حجم بالایی از اطلاعات با قیمت پایین& این امکان را برای محققین فراهم می کند تا چشم انداز مولکولی انواع مختلف سرطان را تعیین کنند و به پیشرفت های چشمگیری در مطالعات ژنومی سرطان دست یابند.
استفاده از NGS در قالب بررسی کل ژنوم (WGS) و یا کل اگزون‌ها (WES)، باعث ایجاد انفجاری در اطلاعات مربوط به تغییرات سلول های سرطانی همچون موتاسیون های نقطه ای، درج یا حذف های کوچک، تنوع در تعداد کپی های تکراری و تغییرات ساختاری شده است. با مقایسه ی این تغییرات با نمونه های طبیعی، محققین قادر به تشخیص این تغییرات در رده سلول های جنسی و سوماتیک شده اند. با استفاده از این روش برای تعیین توالی ترانسکریپتوم، علاوه بر کسب اطلاعات با ارزشی در خصوص میزان بیان ژن، می توان از ایزوفرم های اسپلیسینگ mRNA موجود در سلول، آگاهی پیدا کرد. همچنین، تغییرات اپی ژنتیکی، تغییر متیلاسیون DNA و تغییرات هیستون با استفاده از روش های دیگر تعیین توالی، مانند توالی بیسولفیت و ChIP- seq.، مورد مطالعه قرار می گیرند.
در چند سال گذشته، بسیاری از مطالعات بر پایه NGS به منظور توصیف جامع و دقیق تغییرات مولکولی سرطان ها، شناسایی تغییرات مؤثر در سرطان زایی، پیشرفت سرطان، ایجاد متاستازها و همچنین به منظور مطالعه تنوع ژنتیکی تومور و سیر تکاملی آن انجام شده است. دستاورد های این تلاش ها برای سرطان پستان، سرطان تخمدان، سرطان کولورکتال، سرطان ریه، سرطان کبد، سرطان کلیه، سرطان سر و گردن، ملانوم، لوسمی میلوئیدی و …، قابل توجه بوده است.
تعیین توالی های انجام شده توسط NGS، مبین این مطلب بود که هر تومور، دارای جهش های خاص خود است و از این لحاظ منحصربه فرد می‌باشد، به عنوان مثالStephens& & و همکارانش دریافتند که امکان ایجاد 73 ترکیب متفاوت ژن های سرطانی جهش یافته در بین 100 سرطان پستان وجود دارد.
ناهمگنی اینتراتومور را می توان به‌عنوان کلون های سلولی مجزا یا ساب کلون‌هایی درون یک تومور قلمداد کرد که نشان دهنده‌ی خصوصیات مختلف، بافت شناسی مختلف، بیان ژن، قابلیت ایجاد متاستاز و تکثیر، می باشند. توانایی تولید داده های با وضوح بالا،& & NGS& را به ابزاری بسیار مفید برای مطالعه ناهمگنی اینتراتومورتبدیل کرده است. مطالعه اخیر مبتنی بر NGS بر روی کارسینوم سلول کلیوی از چهار بیمار، موفق به روشن شدن ناهمگنی اینتراتومور شده است. برای بیمار اول، تومور اولیه و نوع متاستاز شده به دیواره قفسه سینه از طریق بررسی اگزونی مورد ارزیابی قرار گرفت. از 128 موتاسیون تأیید گزارش شده در 9 ناحیه تومور اولیه، 40 مورد آن در همه& مناطق تومور گزارش شد، 59 مورد، با برخی نواحی مشترک بود و 29 مورد منحصر به نواحی خاص بود که نشان دهنده‌ی وجود ناهمگنی ژنتیکی درون تومور و تکامل کلونی ناحیه ای می باشد.
چالش ها و چشم‌انداز
گرچه NGS منجر به کشف حجم زیادی از اطلاعات در زمینه ی سرطان شده که در دسترس و در خدمت پژوهشگران است، اما چالش های زیادی در خصوص استفاده از این اطلاعات در حوزه ی درمان سرطان وجود دارد. از نقطه نظر فنی مشکلات زیادی همچون توانایی در خوانش مناطق تکراری ژنوم وجود دارد که نیازمند رسیدگی است. همچنین، تمایز جهش های نادر در تومور، از مواردی است که بدلیل محدودیت های تعیین توالی و یا مشکلات مربوط به انطباق وجود دارد و بخصوص زمانی که نمونه، خالص هم نباشد، مشکل است. هرچند روش‌های جدیدی به جهت تعیین واریانت های ژنوم سلول های سرطانی وجود دارد با این حال پیش بینی اثرات آن ها بر روی بیماری و همچنین یافتن واریانت های مسبب بیماری، هنوز در مراحل اولیه رشد خود هستند.
طی دو دهه‌ی اخیر، “تعیین توالی سانگر”در تحقیقات ژنومی بیشترین نقش را ایفا کرده و دستاورد های زیادی داشته است، از جمله تعیین توالی ژنوم انسانی که منجر به شناسایی اختلالات منوژنیک شد و همچنین بررسی جهش های هدفمند ایجاد شده در سلول های سوماتیک را امکان پذیر کرد. علیرغم دستاورد های با ارزش تعیین توالی سانگر، نیاز به روش های تعیین توالی با سرعت بالا و قیمت پایین، از دغدغه های اساسی محققین بود که منجر به ظهور روشی به نام NGS گردید. توانایی NGS برای فراهم ساختن حجم بالایی از اطلاعات با قیمت پایین& این امکان را برای محققین فراهم می کند تا چشم انداز مولکولی انواع مختلف سرطان را تعیین کنند و به پیشرفت های چشمگیری در مطالعات ژنومی سرطان دست یابند.
استفاده از NGS در قالب بررسی کل ژنوم (WGS) و یا کل اگزون‌ها (WES)، باعث ایجاد انفجاری در اطلاعات مربوط به تغییرات سلول های سرطانی همچون موتاسیون های نقطه ای، درج یا حذف های کوچک، تنوع در تعداد کپی های تکراری و تغییرات ساختاری شده است. با مقایسه ی این تغییرات با نمونه های طبیعی، محققین قادر به تشخیص این تغییرات در رده سلول های جنسی و سوماتیک شده اند. با استفاده از این روش برای تعیین توالی ترانسکریپتوم، علاوه بر کسب اطلاعات با ارزشی در خصوص میزان بیان ژن، می توان از ایزوفرم های اسپلیسینگ mRNA موجود در سلول، آگاهی پیدا کرد. همچنین، تغییرات اپی ژنتیکی، تغییر متیلاسیون DNA و تغییرات هیستون با استفاده از روش های دیگر تعیین توالی، مانند توالی بیسولفیت و ChIP- seq.، مورد مطالعه قرار می گیرند.
در چند سال گذشته، بسیاری از مطالعات بر پایه NGS به منظور توصیف جامع و دقیق تغییرات مولکولی سرطان ها، شناسایی تغییرات مؤثر در سرطان زایی، پیشرفت سرطان، ایجاد متاستازها و همچنین به منظور مطالعه تنوع ژنتیکی تومور و سیر تکاملی آن انجام شده است. دستاورد های این تلاش ها برای سرطان پستان، سرطان تخمدان، سرطان کولورکتال، سرطان ریه، سرطان کبد، سرطان کلیه، سرطان سر و گردن، ملانوم، لوسمی میلوئیدی و …، قابل توجه بوده است.
تعیین توالی های انجام شده توسط NGS، مبین این مطلب بود که هر تومور، دارای جهش های خاص خود است و از این لحاظ منحصربه فرد می‌باشد، به عنوان مثالStephens& & و همکارانش دریافتند که امکان ایجاد 73 ترکیب متفاوت ژن های سرطانی جهش یافته در بین 100 سرطان پستان وجود دارد.
ناهمگنی اینتراتومور را می توان به‌عنوان کلون های سلولی مجزا یا ساب کلون‌هایی درون یک تومور قلمداد کرد که نشان دهنده‌ی خصوصیات مختلف، بافت شناسی مختلف، بیان ژن، قابلیت ایجاد متاستاز و تکثیر، می باشند. توانایی تولید داده های با وضوح بالا،& & NGS& را به ابزاری بسیار مفید برای مطالعه ناهمگنی اینتراتومورتبدیل کرده است. مطالعه اخیر مبتنی بر NGS بر روی کارسینوم سلول کلیوی از چهار بیمار، موفق به روشن شدن ناهمگنی اینتراتومور شده است. برای بیمار اول، تومور اولیه و نوع متاستاز شده به دیواره قفسه سینه از طریق بررسی اگزونی مورد ارزیابی قرار گرفت. از 128 موتاسیون تأیید گزارش شده در 9 ناحیه تومور اولیه، 40 مورد آن در همه& مناطق تومور گزارش شد، 59 مورد، با برخی نواحی مشترک بود و 29 مورد منحصر به نواحی خاص بود که نشان دهنده‌ی وجود ناهمگنی ژنتیکی درون تومور و تکامل کلونی ناحیه ای می باشد.
مهم تر از همه، مطالعات نشان داد که یک نمونه بیوپسی از تومور فقط منعکس کننده بخشی از جهش های داخل تومور می باشد. به کمک یک نمونه بیوپسی، حدود 55 درصد جهش های مربوط به تومور شناسایی شده که 34 درصد آنها در بیشتر نواحی تومور مشترک بود. ایجاد جهش های داخل تومور به شکل مستمر باعث ایجاد ناهمگونی داخل بافت توموری می شود. به عنوان مثال، مطالعات انجام شده بر روی کارسینوم سلول کلیوی و سرطان پستان مبین ساختار انشعابی در داخل تومور می باشد. و حاکی از این است که سلول های سرطانی با گذشت زمان و تجمع جهش ها، توانایی های خاصی را بدست می آورند و با تشکیل کلون های متفاوت، تکامل پیدا می کنند.
گرچه NGS منجر به کشف حجم زیادی از اطلاعات در زمینه ی سرطان شده که در دسترس و در خدمت پژوهشگران است، اما چالش های زیادی در خصوص استفاده از این اطلاعات در حوزه ی درمان سرطان وجود دارد. از نقطه نظر فنی مشکلات زیادی همچون توانایی در خوانش مناطق تکراری ژنوم وجود دارد که نیازمند رسیدگی است. همچنین، تمایز جهش های نادر در تومور، از مواردی است که بدلیل محدودیت های تعیین توالی و یا مشکلات مربوط به انطباق وجود دارد و بخصوص زمانی که نمونه، خالص هم نباشد، مشکل است. هرچند روش‌های جدیدی به جهت تعیین واریانت های ژنوم سلول های سرطانی وجود دارد با این حال پیش بینی اثرات آن ها بر روی بیماری و همچنین یافتن واریانت های مسبب بیماری، هنوز در مراحل اولیه رشد خود هستند.
