کشف مسیر مولکولی سلول‌های سرطانی در سینه و ریه

دانشمندان دانشگاه جان هاپکینز، اخیراً یک مسیر مولکولی را در سلول‌های سینه و ریۀ انسان ترسیم کرده‌اند که می‌تواند باعث تکثیر بیش از حد ژنوم شو و یکی از مشخصه‌های سلول‌های سرطانی محسوب می شود.

به گزارش تک‌ناک، این یافته‌ها که در مجلۀ Science منتشر شده است، نشان می‌دهد زمانی که گروهی از مولکول‌ها و آنزیم‌ها باعث تحریک و تنظیم چرخۀ سلولی شوند، که به عنوان فرآیند تکراری ساخت سلول‌های جدید از مواد ژنتیکی سلول‌ها، شناخته می‌شود، چه مشکلی را ایجاد می‌کنند.

به گفتۀ محققان، این یافته‌ها می‌تواند برای توسعۀ درمان‌هایی استفاده شود که مشکلات چرخۀ سلولی را قطع می‌کند و پتانسیل توقف رشد سرطان‌ها را دارد.

سلول‌ها برای تکثیر از یک روال منظم پیروی می‌کنند و با ساختن یک کپی از کل ژنوم شروع می‌شود، سپس به جداسازی نسخه‌های ژنوم می‌پردازند و در نهایت DNA تکثیر شده را به‌ شکل مساوی به دو سلول دختری تقسیم می‌کنند.

سلول‌های انسانی 23 جفت از هر کروموزوم را دارند، که نیمی از مادر و نیمی از پدر است و شامل کروموزوم‌های جنسی X و Y می‌باشد و در کل 46 جفت کروموزوم وجود دارد. با وجود این، سلول‌های سرطانی به‌عنوان یک حالت میانی شناخته می‌شوند، که تعداد آن به دو برابر یعنی 92 کروموزوم می‌رسد. تاکنون این موضوع که چگونه این اتفاق رخ می‌دهد همانند یک راز دیرینه بوده است.

یک سؤال همیشگی دربارۀ زمینۀ سرطان در میان دانشمندان این است که چگونه ژنوم سلول‌های سرطانی در این حد بد می‌شوند؟ دکتر سرگی رگوت، دانشیار زیست شناسی مولکولی و ژنتیک در دانشکدۀ پزشکی دانشگاه جان هاپکینز در این باره می‌گوید: مطالعۀ ما دانش بنیادی چرخۀ سلولی را زیر سؤال می‌برد و ما را وادار می‌کند تا ایده‌های خود را در مورد شیوۀ تنظیم چرخه، باری دیگر ارزیابی کنیم.

مانع در تنظیم چرخۀ سلولی

رگوت بیان می‌کند: سلول‌هایی که پس از کپی ژنوم تحت فشار قرار می‌گیرند، ممکن است وارد مرحلۀ خفته یا پیری شوند و به اشتباه خطر کپی مجدد ژنوم خود را داشته باشند.

به‌طور کلی، این سلول‌های خفته پس از تشخیص به عنوان سلول معیوب، توسط سیستم ایمنی از بین می‌روند. با وجود این باید گفت که موارد استثنائی هم وجود دارد، به خصوص با افزایش سن انسان که سیستم ایمنی دیگر نمی‌تواند سلول‌ها را از بین ببرد، به همین دلیل سلول‌های غیرطبیعی می‌توانند در بدن پّر شوند، دوباره ژنوم خود را تکثیر کنند، کروموزوم‌ها را در تقسیم بعدی به هم بزنند و سرطان در حال رشد شروع شود.

در تلاش برای مشخص کردن جزئیات مسیر مولکولی که در چرخۀ سلولی اشتباه می‌رود، ریگوت و دستیارش کانر مک‌کنی در مطالعۀ خود، بر روی سلول‌های انسانی که مجاری سینه و بافت ریه را می‌پوشانند، تمرکز کردند. دلیل تمرکز آنها بر این سلول‌ها سرعت بیشتر آنها در تقسیم شدن نسبت به سایر سلول‌های بدن است، که فرصت‌های تجسم چرخۀ سلولی را افزایش می‌دهند.

ویدئوی این سلول را تماشا کنید که در مرحلۀ چرخۀ سلولی دو بار تکرار ژنوم خود را بدون تقسیم می‌گذراند. نقاط روشن در هستۀ سلول ظاهر می‌شود که نشان می‌دهد DNA در کجا در حال تکثیر است.

آزمایشگاه رگوت در تصویربرداری از سلول‌های منفرد تخصص دارد و آنها به ویژه برای شناسایی درصد بسیار کمی از سلول‌هایی که وارد مرحلۀ خواب نمی‌شوند و به تکثیر ژنوم خود ادامه می‌دهند، مناسب هستند.

محققان برای این مطالعۀ جدید به بررسی هزاران تصویر از سلول‌های تکی در زمان انجام تقسیم سلولی پرداختند. همچنین حسگرهای زیستی درخشانی را برای برچسب زدن آنزیم‌های سلولی به نام کینازهای وابسته به سیکلین (CDKs) توسعه دادند، که به دلیل نقششان در تنظیم چرخۀ سلولی شناخته می‌شوند.

محققان مشاهده کردند که انواع CDKها در زمان‌های مختلف در طول چرخۀ سلولی فعال می‌شوند. پس از اینکه سلول‌ها در معرض یک عامل استرس‌زای محیطی، مانند: دارویی که تولید پروتئین می‌کند، اشعۀ ماوراء بنفش یا به اصطلاح استرس اسمزی (تغییر ناگهانی فشار آب در اطراف سلول‌ها) قرار گرفتند، مشاهده کردند که فعالیت CDK 4 و CDK 6 کاهش یافته است.

یافته‌های مربوط به اختلالات چرخۀ سلولی

محققان پس از گذشت پنج تا شش ساعت، زمانی که سلول‌ها آماده‌ تقسیم شدند، شاهد مهار CDK 2 نیز بودند. در آن نقطه، یک مجتمع پروتئینی به نام کمپلکس محرک آنافاز (APC) در طول فاز، درست قبل از جدا شدن و تقسیم سلول یا میتوز، فعال شد.

ریگوت می‌گوید: در محیط پرتنش این مطالعه، فعال‌سازی APC قبل از میتوز رخ داده است، زمانی که به طور معمولی فقط در طول میتوز فعال می‌شود.

حدود 90 درصد سلول‌های سینه و ریه از چرخۀ سلولی خارج و زمانی که در معرض هرگونه موضوع استرس‌زای محیطی قرار می‌گیرند، وارد حالت آرام می‌شوند.

در سلول‌های آزمایشی دانشمندان، تمام سلول‌ها ساکت نشدند. محققان مشاهده کردند که حدود 5 تا 10 درصد از سلول‌های سینه و ریه به چرخۀ سلولی بازگشتند و کروموزوم‌های خود را دوباره تقسیم کردند.

با استفاده از یک سری آزمایش‌های دیگر، محققان افزایش فعالیت به اصطلاح پروتئین کینازهای فعال شده با استرس را با درصد کمی از سلول‌هایی که مرحلۀ آرام را پشت سر می‌گذارند و به دو برابر شدن ژنوم خود ادامه می‌دهند، مرتبط دانستند.

ریگوت در مورد پژوهش‌های انجام شده، توضیح می‌دهد: درحال حاضر آزمایش‌هایی در حال انجام است که عوامل آسیب‌رسان به DNA را با داروهایی مسدودکنندۀ CDK آزمایش می‌کنند. این امکان وجود دارد که ترکیب داروها برخی از سلول‌های سرطانی را تحریک کند تا ژنوم خود را دو بار تکرار و ناهمگونی ایجاد کنند، که در نهایت باعث ایجاد مقاومت دارویی می‌شود.

ریگوت در نهایت تأکید می‌کند: ممکن است داروهایی وجود داشته باشند که بتوانند سبب پیشگیری از فعال شدن APC قبل از میتوز شوند تا سلول‌های سرطانی از تکثیر ژنوم خود دو بار جلوگیری و از پیشرفت مرحلۀ تومور جلوگیری کنند.