Mutacije ćelija raka ubrzavaju bolest, a sada može da ih otkrije novi kompjuterski sistem

Mutacije ćelija raka koje pokreću i ubravaju razvoj tumora mogu da se otkriju novim kompjuterskim sistemom za brzo skeniranje genoma ćelija raka, saopštili su naučnici sa  Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ovaj kompjuterski sistem i razlikovanje štetnih mutacija od onih neutralnih mogao bi da pomogne istraživačima u potrazi za novim lekovima za lečenje karcinoma.

Mutacije ćelija raka podstiču rast tumora

Ćelije raka mogu da imaju hiljade mutacija u svojoj DNK. Međutim, samo nekoliko njih zapravo pokreće napredovanje raka. Razlikovanje štetnih od neutralnih mutacija podstakao je istraživački tim Massachusetts Institute of Technology da napravi novi kompjuterski model koji može brzo da skenira ceo genom ćelija raka i identifikuje mutacije koje se javljaju češće nego što se očekivalo, što ukazuje da one podstiču rast tumora.

– Stvorili smo metod koji nam je omogućio da dobijemo zaista tačan model broja mutacija koje bi trebalo da postoje bilo gde u genomu. Na osnovu toga možemo da potražimo po celom genomu regione u kojima se javlja neočekivana akumulacija mutacija, što ukazuje da su to mutacije „pokretači“ karcinoma – objasnio je Maxwell Sherman sa MIT. 

Otkrivanje mutacije ćelije raka olakšava ciljano lečenje

U svojoj novoj studiji, istraživači su pronašli dodatne mutacije u genomu koje izgleda da doprinose rastu tumora kod 5 do 10 procenata pacijenata koji su dobili rak. Nalazi bi mogli, kako kažu, da pomognu lekarima da identifikuju lekove koji bi imali veće šanse da uspešno leče te pacijente.  Trenutno, najmanje 30 procenata pacijenata sa rakom nema mutaciju pokretača koja se može otkriti i koristiti za usmeravanje lečenja.

Otkako je ljudski genom sekvencioniran pre dve decenije, istraživači su ga pretraživali kako bi pokušali da pronađu mutacije koje doprinose nastanku raka tako što izazivaju nekontrolisan rast ćelija ili izbegavaju imunološki sistem. Sekvencioniranje je uspešno otkrilo neke pokretače raka kao što su receptor epidermalnog faktora rasta (EGFR), koji obično mutira u tumorima pluća, i BRAF, uobičajeni pokretač melanoma. Obe ove mutacije sada mogu da budu ciljane specifičnim lekovima. Dok su se te mete pokazale korisnim, geni koji kodiraju proteine čine samo oko 2 procenta genoma. Ostalih 98 posto takođe sadrži mutacije koje se mogu pojaviti u ćelijama raka, ali je bilo mnogo teže otkriti da li bilo koja od tih mutacija doprinosi razvoju raka.

– Zaista je nedostajao računskih alata koji nam omogućavaju da tražimo ove mutacije pokretača izvan regiona koji kodiraju proteine. To je ono što smo pokušavali da uradimo ovde – da dizajniramo računarski metod koji će nam omogućiti da istražujemo ne samo 2 procenta genoma koji kodira proteine, već svih 100 procenata – naglasila je Bonnie Berger, profesor matematike na MIT .

Duboka neuronska mreža registruje mutacije ćelija raka koje se javljaju češće nego što bi trebalo

Istraživači su obučili tip računarskog modela, poznatog kao duboka neuronska mreža za pretraživanje genoma raka za mutacije koje se javljaju češće nego što se očekivalo. Kao prvi korak, obučili su model na osnovu genomskih podataka iz 37 različitih tipova raka, što mu je omogućilo  da odredi stope mutacija u pozadini, za svaki od tih tipova karcinoma.

– Zaista dobra stvar u vezi sa našim kompjuterskim modelom je to što ga jednom trenirate za datu vrstu raka, a on registruje stopu mutacije svuda u genomu istovremeno za tu određenu vrstu raka. Tako možete da ispitate mutacije koje vidite u grupi pacijenata u odnosu na broj mutacija koje  očekujete da vidite – navode istraživači.

Koristeći ovaj model, tim naučnika sa Massachusetts Institute of Technology uspeo je da postojećim doda i mutacije koje mogu da izazovu rak. Trenutno, kada se tumori obolelih pacijenata analiziraju u odnosu na mutacije koje izazivaju rak, poznati pokretač mutacija će se pojaviti oko dve trećine vremena. Jedna vrsta nekodirajuće mutacije, na koju su se istraživači fokusirali, zove se „kriptična mutacija spajanja“. Većina gena se sastoji od sekvenci egzona, koji kodiraju uputstva za izgradnju proteina, i introna, koji su razmakni elementi koji se obično izrezuju iz RNK prenosioca pre nego što se prevedu u protein. Kriptične mutacije spajanja nalaze se u intronima, gde mogu da  „zbune“ ćelijsku mašineriju koja ih spaja.

Ukoliko mutacije ćelije raka nestnu, problem se lakše rešava

Istraživači su otkrili da mnoge kriptične mutacije spajanja narušavaju gene supresora, „zaustavljača“ tumora. Kada su ove mutacije prisutne, supresori tumora se pogrešno spajaju i prestaju da rade, a ćelija gubi jednu od svojih odbrambenih snaga protiv raka. Broj kriptičnih mesta spajanja, koje su istraživači pronašli u ovoj studiji, čini oko 5 procenata mutacija pokretača pronađenih u genima za sprečavanje razvoja tumora.

Ciljanje na ove mutacije moglo bi da ponudi novi način potencijalnog lečenja tih pacijenata, kažu istraživači. Jedan mogući pristup, koji je još uvek u razvoju, koristi kratke lance RNK zvane antisens oligonukleotidi (ASO). Ako bi moglo da se učini nešto da mutacija na neki način nestane, onda će se problem lakše rešiti. Ti geni supresori tumora bi mogli da nastave sa radom i možda da se bore protiv raka.

Tim naučnika takođe je koristio svoj model kako bi istražili da li uobičajene mutacije, koje su već bile poznate, mogu takođe da pokrenu različite vrste raka. Kao jedan primer, istraživači su otkrili da BRAF, koji je ranije bio povezan sa melanomom, takođe doprinosi progresiji raka u manjim procentima drugih vrsta karcinoma, uključujući i rak pankreasa, jetre i gastroezofagealni karcinom. To otkriće pruža priliku za terapijsku prenamenu, a rezultati bi mogli da pomognu u vođenju kliničkih ispitivanja, koja bi trebalo da se postave kako bi se lekovi formulisali i bili odobreni ne samo za jedan karcinom, već za više vrste raka kako bi pomogli većem broju pacijenata.