בתאים, ה-DNA ארוז ודחוס לצורת כרומוזומים, מאחסן כמות עצומה של מידע גנטי בחלל קטן מאוד. עם זאת, בשנים האחרונות גילו חוקרים סוג אחר של DNA (DNA חוץ כרומוזומלי, ecDNA) נקי מהגנום הכרומוזומלי. סוג זה של DNA קיים בדרך כלל בצורה מעגלית, לא רק נושא גנים אונקוגניים, אלא גם קיים בדרך כלל בסוגים רבים של גידולים אנושיים.
ניתן לתאר את הביטוי של ecDNA בגידולים כשפע של מעשים רעים. מכיוון שמבנה הכרומטין ב-ecDNA רופף יותר, הוא נושא לא רק אונקוגן מלא, אלא גם רצפי פרומטור ומשפרים במעלה הזרם של הגן, מה שהופך את פעילות השעתוק של ecDNA גבוה יותר ומקדם את ההגברה של האונקוגן. מצד שני, בשל היעדר יסודות צנטרומרים, לא ניתן לפזר ecDNA באופן שווה לתאי צאצא באמצעות מיטוזה, מה שמגביר את ההטרוגניות של התאים בתוך הגידול ומאיץ את התפתחותו, מה שמקל על ההסתגלות לסביבה ופיתוח עמידות לתרופות. . בנוסף, ecDNA יכול גם להסתובב ולבוא במגע עם הגנום כולו, ולקדם את השילוב מחדש של גנים תאיים.
נהוג לחשוב ש-ecDNA אינו קיים ברקמות רגילות. עם זאת, מאמר שפורסם לאחרונה ב-Nature, Extrachromosomal DNA בטרנספורמציה הסרטנית של הוושט של בארט, הצביע על כך ש-ecDNA כבר הופיע ברקמות שעדיין לא עברו סרטן, מה שמצביע על כך שתפקידו עשוי להיות מפחיד יותר ממה שחשבו בעבר, שכן הוא יכול להניע רקמות לסרטן לפני הופעת תאים סרטניים.
ניתן לתאר את הביטוי של ecDNA בגידולים כשפע של מעשים רעים. מכיוון שמבנה הכרומטין ב-ecDNA רופף יותר, הוא נושא לא רק אונקוגן מלא, אלא גם רצפי פרומטור ומשפרים במעלה הזרם של הגן, מה שהופך את פעילות השעתוק של ecDNA גבוה יותר ומקדם את ההגברה של האונקוגן. מצד שני, בשל היעדר יסודות צנטרומרים, לא ניתן לפזר ecDNA באופן שווה לתאי צאצא באמצעות מיטוזה, מה שמגביר את ההטרוגניות של התאים בתוך הגידול ומאיץ את התפתחותו, מה שמקל על ההסתגלות לסביבה ופיתוח עמידות לתרופות. . בנוסף, ecDNA יכול גם להסתובב ולבוא במגע עם הגנום כולו, ולקדם את השילוב מחדש של גנים תאיים.
נהוג לחשוב ש-ecDNA אינו קיים ברקמות רגילות. עם זאת, מאמר שפורסם לאחרונה ב-Nature, Extrachromosomal DNA בטרנספורמציה הסרטנית של הוושט של בארט, הצביע על כך ש-ecDNA כבר הופיע ברקמות שעדיין לא עברו סרטן, מה שמצביע על כך שתפקידו עשוי להיות מפחיד יותר ממה שחשבו בעבר, שכן הוא יכול להניע רקמות לסרטן לפני הופעת תאים סרטניים.
במחקר, חוקרים ניתחו נתוני רצף גנום שלם משתי קבוצות של חולי בארט ושט וחולי אדנוקרצינומה של הוושט (EAC) מבריטניה ומארצות הברית. בשל הביופסיה התכופה של חולי הוושט של בארט, החוקרים מסוגלים לאסוף דגימות רקמה לפני הופעת הסרטן.
הוושט של בארט מופיע לעיתים קרובות בחולים עם מחלת ריפלוקס קיבה ושט. מכיוון שלעתים קרובות חומצת קיבה ואנזימים זורמים בחזרה לוושט, הנזק הכרוני שנגרם יגרום לתאי הדופן הפנימית של הוושט להשתנות. אצל כמה חולים עם בוושט בארט, עם יותר ויותר מומים גנטיים ושינויים מבניים בתאי הדופן הפנימית של הוושט, הוא התפתח מדיספלזיה נמוכה לדיספלזיה גבוהה לפני הסרטן. במהלך תהליך זה, גנים מסוימים עם פונקציות מדכאות גידול עלולים לעבור מוטציות או מחיקות, מה שיוביל לשכפול הגנום המלא, אי יציבות גנומית או סידור מחדש כרומוזומלי קטסטרופלי, ובסופו של דבר להתפתח לאדנוקרצינומה של הוושט. ECDNA מופיע גם בתאים המשתנים במהלך תהליך זה.
הוושט של בארט מופיע לעיתים קרובות בחולים עם מחלת ריפלוקס קיבה ושט. מכיוון שלעתים קרובות חומצת קיבה ואנזימים זורמים בחזרה לוושט, הנזק הכרוני שנגרם יגרום לתאי הדופן הפנימית של הוושט להשתנות. אצל כמה חולים עם בוושט בארט, עם יותר ויותר מומים גנטיים ושינויים מבניים בתאי הדופן הפנימית של הוושט, הוא התפתח מדיספלזיה נמוכה לדיספלזיה גבוהה לפני הסרטן. במהלך תהליך זה, גנים מסוימים עם פונקציות מדכאות גידול עלולים לעבור מוטציות או מחיקות, מה שיוביל לשכפול הגנום המלא, אי יציבות גנומית או סידור מחדש כרומוזומלי קטסטרופלי, ובסופו של דבר להתפתח לאדנוקרצינומה של הוושט. ECDNA מופיע גם בתאים המשתנים במהלך תהליך זה.
הוושט של בארט מתפתח בהדרגה לאדנוקרצינומה של הוושט
חוקרים מנסים לקבוע אם ה-ecDNA הללו, המופיעים לצד התקדמות המחלה, הם תוצרים של חוסר יציבות גנומית או הכוח המניע מאחורי היפרפלזיה לא טיפוסית ובסופו של דבר נפילה מצוק הסרטן.
נמצא כי בקבוצת המטופלים מבריטניה, אלו בשלב הוושט של בארט ובשלב דיספלסיה בדרגה נמוכה של בארט לא זיהו ecDNA. לעומת זאת, 4%, 25% ו-43% מהחולים בשלב דיספלסטי מאוד, שלב סרטן מוקדם ושלב סרטן מאוחר זיהו ecDNA, בהתאמה. זה מצביע על כך ש-ecDNA מופיע בשלב הדיספלסטי ביותר לפני התקדמות הסרטן, וככל שהסרטן מתקדם, המצב הופך לחמור יותר ויותר.
עבור קבוצת חולים מארצות הברית, חוקרים ערכו שנים של מעקב וערכו ביופסיות מדגמיות בנקודות זמן שונות. התוצאות הראו שבקרב חולים שפיתחו בסופו של דבר סרטן, 20% מהחולים גילו ecDNA לפני אבחון הסרטן, בעוד שבקרב חולים שלא פיתחו סרטן, שיעור ה-ecDNA שהתגלה היה רק 2.5%. בנוסף, מעקב ארוך טווח של 10 חולים שלא זיהו ecDNA גילה שכמעט 10 שנים מאוחר יותר, הם עדיין לא התפתחו להיפרפלזיה מאוד לא טיפוסית או אדנוקרצינומה של הוושט. זה מצביע על כך שנוכחות ecDNA קשורה קשר הדוק להתפתחות אדנוקרצינומה של הוושט.
בנוסף, חוקרים גם גילו שלמרות ש-ecDNA מופיע לאחר מוטציות בגן מדכא הגידול הידוע TP53, הופעתו יכולה להיות בלתי תלויה בהתרחשות של שכפול גנום שלם או פיצול כרומוזומלי, שאינו מנגנון היווצרות ecDNA. כאשר נצפות יותר חריגות היסטולוגיות תחת מיקרוסקופ, המורכבות המבנית ומספר ההעתקים של ecDNA גבוהים יותר. 31% מהאנשים זיהו יותר מ-ecDNA אחד, ושליש מה-ecDNA הכיל יותר מאונקוגן אחד, כולל גן מווסת חיסון כלשהו. כל אלה מצביעים על כך ש-ecDNA ממלא תפקיד מניע בהפיכת הוושט של בארט לסרטן.
נמצא כי בקבוצת המטופלים מבריטניה, אלו בשלב הוושט של בארט ובשלב דיספלסיה בדרגה נמוכה של בארט לא זיהו ecDNA. לעומת זאת, 4%, 25% ו-43% מהחולים בשלב דיספלסטי מאוד, שלב סרטן מוקדם ושלב סרטן מאוחר זיהו ecDNA, בהתאמה. זה מצביע על כך ש-ecDNA מופיע בשלב הדיספלסטי ביותר לפני התקדמות הסרטן, וככל שהסרטן מתקדם, המצב הופך לחמור יותר ויותר.
עבור קבוצת חולים מארצות הברית, חוקרים ערכו שנים של מעקב וערכו ביופסיות מדגמיות בנקודות זמן שונות. התוצאות הראו שבקרב חולים שפיתחו בסופו של דבר סרטן, 20% מהחולים גילו ecDNA לפני אבחון הסרטן, בעוד שבקרב חולים שלא פיתחו סרטן, שיעור ה-ecDNA שהתגלה היה רק 2.5%. בנוסף, מעקב ארוך טווח של 10 חולים שלא זיהו ecDNA גילה שכמעט 10 שנים מאוחר יותר, הם עדיין לא התפתחו להיפרפלזיה מאוד לא טיפוסית או אדנוקרצינומה של הוושט. זה מצביע על כך שנוכחות ecDNA קשורה קשר הדוק להתפתחות אדנוקרצינומה של הוושט.
בנוסף, חוקרים גם גילו שלמרות ש-ecDNA מופיע לאחר מוטציות בגן מדכא הגידול הידוע TP53, הופעתו יכולה להיות בלתי תלויה בהתרחשות של שכפול גנום שלם או פיצול כרומוזומלי, שאינו מנגנון היווצרות ecDNA. כאשר נצפות יותר חריגות היסטולוגיות תחת מיקרוסקופ, המורכבות המבנית ומספר ההעתקים של ecDNA גבוהים יותר. 31% מהאנשים זיהו יותר מ-ecDNA אחד, ושליש מה-ecDNA הכיל יותר מאונקוגן אחד, כולל גן מווסת חיסון כלשהו. כל אלה מצביעים על כך ש-ecDNA ממלא תפקיד מניע בהפיכת הוושט של בארט לסרטן.
המחקר מצא גם מקרה מייצג ביותר: חולה אמריקאי זה עבר ארבע ביופסיות במשך 7 שנים. בתחילה, המטופל היה בשלב דיספלסטי מאוד, ו-TP53 אכן היה קיים, אך לא זוהה ecDNA. חמש שנים מאוחר יותר, זה עדיין היה שלב של היפרפלזיה מאוד לא טיפוסית, אבל הופיע סוג יחיד של ecDNA. שישה חודשים לאחר מכן, האדם פיתח סרטן וזיהה סוג שני של ecDNA. החוקרים ניתחו את הגידולים שנכרתו ומצאו שהגידולים הכילו שני סוגים של ecDNA, בעוד שההיפרפלזיה הנותרת מאוד לא טיפוסית הכילה רק את הסוג הראשון של ecDNA. זה הוביל את החוקרים למסקנה שהסוג השני של ecDNA מוביל למעבר מדיספלזיה לסרטן.
למרות שמחקר זה מבוסס בעיקר על תצפיות קליניות, המספר הגדול של אנשים שנכללו במחקר מכסה את כל ההתקדמות מהוושט של בארט לסרטן. מחקר אישר כי ecDNA אכן יכול להופיע ברקמות טרום סרטניות ולגרום להן להיות מועדות יותר להתמרת סרטן, מה שמצביע על כך ש-ecDNA יכול לשמש מטרה להתערבות מוקדמת או טיפול לפיתוח טיפולים קשורים.
מחבר בכיר של המחקר פול מישל, פרופסור לפתולוגיה באוניברסיטת סטנפורד, הצהיר: "בעבר, חוקרים לעתים קרובות מבצעים רצף DNA של חלקים מרובים של גידול, ומציירים עץ אבולוציוני כדי לנתח אילו מוטציות הן אירועי מפתח ואלו מסתעפים. אירועים המתרחשים בשלב מאוחר של התפתחות הגידול, עם זאת, מכיוון ש-ecDNA מופץ באופן אקראי בתאי צאצא, הוא מתנהג יותר כמו אירועים מאוחרים על העץ האבולוציוני, מה שמוביל אנשים להאמין בטעות ש-ecDNA אינו מטרה טובה לטיפול מחקר מצא שעיקרון זה הפתרון שגוי
בעתיד, צוות המחקר יחקור עוד כיצד לשפר את היכולת לזהות ecDNA, האם יש דרכים למנוע היווצרות או פעילות של ecDNA, כיצד ecDNA משפיע על מערכת החיסון, והאם ניתן לפתח טיפולים חדשים סביב ecDNA.
למרות שמחקר זה מבוסס בעיקר על תצפיות קליניות, המספר הגדול של אנשים שנכללו במחקר מכסה את כל ההתקדמות מהוושט של בארט לסרטן. מחקר אישר כי ecDNA אכן יכול להופיע ברקמות טרום סרטניות ולגרום להן להיות מועדות יותר להתמרת סרטן, מה שמצביע על כך ש-ecDNA יכול לשמש מטרה להתערבות מוקדמת או טיפול לפיתוח טיפולים קשורים.
מחבר בכיר של המחקר פול מישל, פרופסור לפתולוגיה באוניברסיטת סטנפורד, הצהיר: "בעבר, חוקרים לעתים קרובות מבצעים רצף DNA של חלקים מרובים של גידול, ומציירים עץ אבולוציוני כדי לנתח אילו מוטציות הן אירועי מפתח ואלו מסתעפים. אירועים המתרחשים בשלב מאוחר של התפתחות הגידול, עם זאת, מכיוון ש-ecDNA מופץ באופן אקראי בתאי צאצא, הוא מתנהג יותר כמו אירועים מאוחרים על העץ האבולוציוני, מה שמוביל אנשים להאמין בטעות ש-ecDNA אינו מטרה טובה לטיפול מחקר מצא שעיקרון זה הפתרון שגוי
בעתיד, צוות המחקר יחקור עוד כיצד לשפר את היכולת לזהות ecDNA, האם יש דרכים למנוע היווצרות או פעילות של ecDNA, כיצד ecDNA משפיע על מערכת החיסון, והאם ניתן לפתח טיפולים חדשים סביב ecDNA.
