دانشمندان جانز هاپکینز می گویند که با کار با سلول های سینه و ریه انسان، مسیر مولکولی را ترسیم کرده اند که می تواند سلول ها را در مسیر خطرناک تکثیر ژنوم آنها به دفعات زیاد، که مشخصه سلول های سرطانی است، فریب دهد.
این یافته‌ها نشان می‌دهد که وقتی گروهی از مولکول‌ها و کینازها برای تنظیم چرخه سلولی تحریک می‌شوند و در نتیجه همانندسازی کروموزوم‌ها در سلول‌هایی که از چرخه سلولی خارج می‌شوند، چه مشکلی پیش می‌آید. این تیم پیشنهاد می‌کند که یافته‌ها می‌تواند برای توسعه درمان‌هایی استفاده شود که این رویدادهای غیرطبیعی را در چرخه سلولی قطع می‌کند و پتانسیل توقف رشد سرطان‌ها را دارد.
یک سوال پایدار در میان دانشمندان در زمینه سرطان این است: چگونه ژنوم سلول های سرطانی اینقدر بد می شوند؟ سرگی رگوت، دکترا، دانشیار زیست شناسی مولکولی و ژنتیک در دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز می گوید. “مطالعه ما دانش بنیادی چرخه سلولی را به چالش می کشد و ما را وادار می کند تا ایده های خود را در مورد نحوه تنظیم چرخه مجددا ارزیابی کنیم.”
ریگوت و همکارانش در مورد یافته‌های خود گزارش دادند علوم پایهدر مقاله ای با عنوان “فعالیت CDK4/6 در طول توقف G2 برای جلوگیری از اندورپلیکاسیون ناشی از استرس مورد نیاز است.”
برای تکثیر، سلول‌ها از یک روال منظم پیروی می‌کنند که با ساختن یک کپی از کل ژنوم آنها شروع می‌شود. سپس به دنبال جداسازی نسخه‌های ژنومی انجام می‌شود و در نهایت DNA تکثیر شده به طور مساوی به دو سلول «دختری» تقسیم می‌شود. سلول های انسانی دارای 23 جفت از هر کروموزوم هستند – نیمی از مادر و نیمی از پدر – از جمله کروموزوم های جنسی X و Y. این تعداد کل 46 عدد می شود، اما سلول های سرطانی شناخته شده است که از یک حالت میانی عبور می کنند که این تعداد دو برابر می شود – 92 کروموزوم. اما اینکه چگونه این اتفاق می افتد یک راز بود.
همانطور که نویسندگان توضیح دادند، محتوای غیرطبیعی DNA یکی از شایع ترین ویژگی های سلول های سرطانی است، با شواهد اخیر نشان می دهد که 35 تا 40 درصد تومورها در حین تکامل از طریق یک رویداد دو برابر شدن کل ژنوم (WGD) مواجه می شوند. این تیم نوشت: “WGD با بی ثباتی ژنوم، متاستاز و پیش آگهی کلی بدتر مرتبط است، با این حال، مکانیسم های مولکولی که باعث ایجاد WGD می شوند به خوبی شناخته نشده اند.”
Regot خاطرنشان کرد که سلول هایی که پس از کپی ژنوم تحت فشار قرار می گیرند، می توانند وارد مرحله خفته یا پیری شوند و به اشتباه خطر کپی مجدد ژنوم خود را داشته باشند. و در حالی که به طور کلی و در نهایت، این سلول‌های خفته پس از شناسایی معیوب توسط سیستم ایمنی از بین می‌روند، مواقعی وجود دارد، به خصوص با افزایش سن انسان، که سیستم ایمنی نمی‌تواند سلول‌ها را پاک کند.
سلول‌های غیرطبیعی می‌توانند دوباره ژنوم خود را تکثیر کنند، کروموزوم‌ها را در تقسیم بعدی به هم بزنند و سرطان در حال رشد شروع شود. این تیم در مقاله خود توضیح داد که مدلی که به نام endoreplication شناخته می شود، زمانی است که سلول بدون تقسیم سلولی تحت دو دور همانندسازی DNA قرار می گیرد. آنها خاطرنشان کردند که Endoreplication با ایده تعهد برگشت ناپذیر به تقسیم سلولی سلول هایی که وارد چرخه سلولی می شوند، در تضاد است. ما به این نتیجه رسیدیم که اگرچه تکثیر DNA و تقسیم سلولی در شرایط عادی با هم جفت می‌شوند، اما برای جدا کردن این رویدادها در زمان استرس سلولی و شکستن تعهد به تقسیم سلولی حتی پس از تکرار DNA، باید راه‌هایی وجود داشته باشد.
https://www.youtube.com/watch?v=mA0nP5gvrlE
در تلاش برای مشخص کردن جزئیات مسیر مولکولی که در چرخه سلولی اشتباه می‌رود، ریگوت و دستیار پژوهشی فارغ‌التحصیل، کانر مک‌کنی، که رهبری تیم جانز هاپکینز را بر عهده داشت، بر روی سلول‌های انسانی که مجاری سینه و بافت ریه را می‌پوشانند، تمرکز کردند. این سلول‌ها معمولاً با سرعت بیشتری نسبت به سایر سلول‌های بدن تقسیم می‌شوند و فرصت‌های تجسم چرخه سلولی را افزایش می‌دهند. “
آزمایشگاه Regot در تصویربرداری از سلول‌های منفرد تخصص دارد، و آن را به ویژه برای شناسایی درصد بسیار کمی از سلول‌هایی که وارد مرحله خفته نمی‌شوند و به تکثیر ژنوم خود ادامه می‌دهند، مناسب است. برای مطالعه جدید گزارش شده خود، این تیم هزاران تصویر از تک سلولی را در حین انجام تقسیم سلولی مورد بررسی قرار دادند. محققان حسگرهای زیستی درخشانی را برای نشان‌گذاری کینازهای وابسته به سیکلین (CDKs)، آنزیم‌های سلولی که به خاطر نقششان در تنظیم چرخه سلولی شناخته شده‌اند، توسعه دادند. آنها نوشتند: “رویدادهای چرخه سلولی توسط کینازهای وابسته به سیکلین (CDKs) هماهنگ می شوند تا از تقسیم سلولی قوی اطمینان حاصل شود.” CDK4/6 و CDK2 رشد 1 (G1) به سنتز (S) انتقال فاز چرخه سلولی را تنظیم می کنند.
این تیم طی مطالعات خود مشاهده کردند که انواع CDK ها در زمان های مختلف در طول چرخه سلولی فعال می شوند. پس از اینکه سلول ها در معرض یک عامل استرس زای محیطی قرار گرفتند، مانند دارویی که تولید پروتئین، اشعه ماوراء بنفش یا استرس اسمزی (تغییر ناگهانی فشار آب در اطراف سلول ها) را مختل می کند، محققان مشاهده کردند که فعالیت CDK 4 و CDK 6 کاهش یافته است.
سپس، پنج تا شش ساعت بعد، زمانی که سلول ها آماده سازی برای تقسیم را آغاز کردند، CDK 2 نیز مهار شد. در آن نقطه، یک کمپلکس پروتئینی به نام کمپلکس محرک آنافاز (APC) در طول فاز درست قبل از میتوزیو فعال شد – مرحله ای که طی آن سلول از هم جدا می شود و تقسیم می شود. ریگوت گفت: «در محیط پرتنش در این مطالعه، فعال‌سازی APC قبل از میتوز رخ داده است، زمانی که معمولاً شناخته شده است که فقط در طول میتوز فعال می‌شود.
حدود 90 درصد سلول‌های سینه و ریه از چرخه سلولی خارج می‌شوند و زمانی که در معرض عوامل استرس‌زای محیطی قرار می‌گیرند، وارد حالت آرام می‌شوند. در سلول های آزمایشی دانشمندان، همه سلول ها ساکت نشدند. تیم تحقیقاتی کشف کردند که پنج تا ده درصد سلول‌های سینه و ریه به چرخه سلولی بازگشتند و کروموزوم‌های خود را دوباره تقسیم کردند. آنها نوشتند: «بعد از رهایی از استرس، بخش قابل توجهی از سلول ها تحت دور دوم همانندسازی DNA قرار گرفتند که منجر به دو برابر شدن کل ژنوم شد.
از طریق یک سری آزمایشات دیگر، تیم افزایش فعالیت پروتئین کینازهای فعال شده با استرس (SAPKs) را با درصد سلول‌هایی که از مرحله ساکت دور می‌شوند و به دو برابر شدن ژنوم خود ادامه می‌دهند، مرتبط دانستند. آنها نوشتند: «از لحاظ مکانیکی، خروج از چرخه سلولی G2 با فعال شدن زودهنگام کمپلکس یا سیکلوزوم محرک آنافاز (APC/C) در G2 اتفاق می‌افتد. به طور قابل توجهی، ما دریافتیم که فعال‌سازی مجدد زودرس APC/C با مهار مداوم کیناز 1 وابسته به سیکلین (CDK1) و CDK4/6 در G2 توسط SAPKها اتفاق می‌افتد.
آنها اشاره کردند که مکانیسم ها مستقل از پروتئین p53 رخ می دهد. “ما دریافتیم که SAPK ها فعال سازی مجدد APC/C را در G2 مستقل از p53 ترویج می کنند.” این فعال‌سازی مجدد APC/C زودرس منجر به تکثیر ژنوم در تعداد کمی از سلول‌ها شد. آنها خاطرنشان کردند: «فعال شدن مجدد APC/C ناشی از استرس توسط مهار CDK4/6 در طول توقف G2 انجام شد، که تعریف کلاسیک نقطه محدودیت را به چالش می‌کشد و نقش مهم CDK4/6 را فراتر از انتقال G0 به G1 برجسته می‌کند.
ریگوت می‌گوید آزمایش‌های بالینی در حال انجام است که عوامل آسیب‌رسان به DNA را با داروهایی که CDK را مسدود می‌کنند، آزمایش می‌کنند. ریگوت می‌گوید: «این امکان وجود دارد که ترکیبی از داروها ممکن است برخی از سلول‌های سرطانی را تحریک کند تا ژنوم خود را دو بار تکرار کنند و ناهمگونی ایجاد کنند که در نهایت باعث مقاومت دارویی می‌شود. ممکن است داروهایی وجود داشته باشند که می توانند مانع از فعال شدن APC قبل از میتوز شوند تا سلول های سرطانی از تکثیر ژنوم خود دو بار جلوگیری کنند و از پیشرفت مرحله تومور جلوگیری کنند. نویسندگان همچنین خاطرنشان کردند که سیگنال دهی SAPK در انواع شرایط استرس مرتبط با افزایش سن، از جمله استرس پروتئوتوکسیک، استرس اکسیداتیو و التهاب نقش اصلی را ایفا می کند.
در زمینه یافته‌های مطالعه خود، آنها نتیجه گرفتند: «از آنجایی که اندورپلیکاسیون ناشی از SAPK مستقل از p53 است و اکثر سرطان‌های دارای WGD عملکرد p53 را قبل از تکثیر ژنوم از دست می‌دهند، پیشنهاد می‌کنیم که WGD با واسطه SAPK ممکن است به بی‌ثباتی ژنتیکی و تومورزایی در پیری کمک کند. بافت ها.”
در یک دیدگاه مرتبط در علوم پایهبارت وستندورپ، دکترای دانشگاه اوترخت و مرکز پزشکی احیا کننده اوترخت، اظهار داشت: «با توجه به اینکه مهار CDK4/6 اکنون یک درمان استاندارد مراقبتی برای سرطان پستان مثبت گیرنده استروژن است، بررسی اینکه آیا این مهارکننده‌ها ممکن است ترویج رویدادهای ناخواسته دو برابر شدن کل ژنوم و بی ثباتی ژنومی در بیماران… برای پاسخ به چنین سؤالاتی، رویکردهای نوآورانه ای برای ردیابی in vivo سرنوشت طولانی مدت و رشد کلونال سلول های تتراپلوئید ناشی از فازهای G2 که در آن فعالیت CDK4/6 است، مورد نیاز است. مختل شده است.»