Výskum rakoviny na Slovensku

Výskum rakoviny na Slovensku
Zdroj: bigstockphoto.com

Veľký vplyv na súčasné dianie vo výskume rakoviny majú poznatky, ktoré sa získali sekvenovaním ľudského genómu.

Genóm je všetka deoxyribonukleová kyselina (DNA) organizmu, ktorá sa nachádza v bunkách vo forme chromozómov. DNA molekula je zložená zo 4 základných stavebných kameňov – nukleotidov, ktoré sa podľa typu nukleovej bázy označujú písmenami G (guanín), A (adenín), T (tymín), C (cytozín), opakujú sa niekoľko tisíckrát v rôznom poradí a vytvárajú známu dvojzávitnicovú štruktúru objavenú nositeľmi Nobelovej ceny Watsonom a Crickom v roku 1953. Keď spočítame počet nukleotidov v jednotlivých chromozómoch bunky, počnúc najväčším chromozómom č. 1 s 263 miliónmi nukleotidových „písmen“ a končiac chromozómom č. 22 plus pohlavnými chromozómami X a Y, dostaneme sa k číslu 3,28 miliardy nukleotidových „písmen“ molekuly DNA. V dobe počítačov môžeme zjednodušene povedať, že bunka nesie zapísanú informáciu vo veľkosti približne 3 GB.

Ak by DNA so svojimi nukleotidmi predstavovala reťaz s očkami vo veľkosti 1 cm, tak by na rovníku obopla celú zemeguľu. Táto reťaz obsahuje úseky – u človeka približne 25 tisíc proteín-kódujúcich génov, ktoré zvyčajne pre daný gén nie sú súvislé, ale sú popretkávané úsekmi nekódujúcimi proteíny. Oblasť proteín-kódujúcich génov zaberá menej ako 2 percentá DNA a v uvedenom príklade by to predstavovalo reťaz očiek v dĺžke do 600 km, avšak nerovnomerne roztrúsených v blokoch okolo rovníka. Pri delení buniek je potrebné vyrobiť kópiu DNA molekuly pre dcérsku bunku tak, aby sa zachovalo presné poradie nukleotidov. Keďže replikačná mašinéria nemá absolútnu presnosť, existujú v bunke mechanizmy, ktoré kontrolujú správnosť repliky a nepresnosti opravia. Existujú však ďalšie hrozby, ktoré môžu jednotlivé nukleotidy chemicky zmeniť – napríklad reaktívne radikály vznikajúce pri oxidatívnom strese, chemické látky z cigaretového dymu, alebo sa môže prerušiť jedno, dokonca aj obe vlákna dvojzávitnice DNA vplyvom ultrafialového a rádioaktívneho žiarenia. Ak DNA opravné mechanizmy neopravia všetky poškodenia, alebo ich opravia chybne, zmeny v  DNA sa zafixujú, a tak vzniknú mutácie.

Dva typy génov nádorovej choroby

Nádorová choroba je zapríčinená výskytom mutácií v dvoch typoch génov – onkogénov a tumor-supresorových génov. Tie prvé sa zúčastňujú v regulácii rastu a delenia buniek a stačí jedna mutácia na prejavenie nežiaducej aktivity onkogénu. Tumor-supresorové gény chránia pred začatím nádorového procesu a na ich vyradenie treba dve mutácie. V prípade, že jedna mutácia je vrodená – zdedená od jedného z rodičov, stačí v priebehu života získať ešte jednu mutáciu na vyradenie funkčného génu zdedeného od druhého rodiča a nádorový proces môže začať. Práve etablovenie diagnostických postupov v tejto oblasti dedičných predispozícií k niektorým formám nádorov patrí do skupiny úspechov onkologického výskumu na Slovensku.

Genetici a molekulárni biológovia Ústavu experimentálnej onkológie Slovenskej akadémie vied (ÚEO SAV) patria medzi priekopníkov analýz pre familiárnu adenomatóznu polypózu hrubého čreva (FAP), hereditárnu nepolypóznu formu nádorov hrubého čreva (HNPCC), mnohopočetnú endokrinnú neopláziu typu 2 (MEN2), Peutz-Jeghersov syndróm, dedičné formy nádorov prsníka a vaječníkov v rodinách s mutáciou BRCA1 a BRCA2. Mnohé dnešné diagnostické laboratóriá v systéme poskytovateľov zdravotníckej starostlivosti začínali svoju činnosť v tesnej spolupráci s vedeckými pracovníkmi Laboratória genetiky nádorových ochorení ÚEO SAV, ktorý je členom Organizácie európskych onkologických ústavov OECI.

Výskum na ústavnej pôde

Ústav patrí medzi najstaršie výskumné pracoviská na Slovensku. Má najširší rozsah onkologického výskumu a existujúce laboratóriá ústavu pokrývajú súčasné trendy onkologického výskumu ako sú molekulárna biológia a genetika nádorov, bunková a nádorová biológia, kmeňové bunky, experimentálna terapia, imunológia, mutagenéza a karcinogenéza, chemoprevencia a regulácia bunkových signálnych dráh. Súčasné pracovisko je postavené na vedeckej báze pôvodného Ústavu pre výskum a liečbu rakoviny, ktorý založil po 2. svetovej vojne akademik Thurzo.

Na Slovensku sa výskum parciálnych onkologických tém vykonáva na pracoviskách SAV zameraných na biologicko-lekárske vedy, na ústavoch tradičných univerzít ako aj na špecializovaných onkologických klinikách. V rámci ústavov SAV sú to: Virologický ústav SAV, Ústav molekulárnej fyziológie a genetiky SAV a Ústav experimentálnej endokrinológie SAV; univerzitné pracoviská: Jesseniova LF UK v Martine, Lekárska fakulta UK Bratislava, Lekárska fakulta UPJŠ Košice, Prírodovedecká fakulta UPJŠ Košice, Fakulta chemickej a potravinárskej technológie STU Bratislava; a už spomínané kliniky – Národný onkologický ústav v Bratislave a Onkologický ústav sv. Alžbety.

Ďalšia oblasť praktickej onkológie

Okrem uvádzaných genetických analýz vrodených predispozícií existuje ďalšia oblasť praktickej onkológie, ktorá vyšla z vedeckých laboratórií, je zviazaná s diagnostickou rutinou a predstavuje značku kvality v odbore. Je ňou fenotypová analýza krvných malignít – leukémií pomocou prietokovej cytometrie. Tento odbor je spojený s produkciou diagnostík – monoklonových protilátok a búrlivým rozvojom automatizácie v oblasti snímania signálov veľkého počtu krvných buniek. V 80-tych rokoch bol na ústave inštalovaný prvý oficiálne dovezený prietokový cytometer na územie Československa využiteľný pre diagnostiku leukémií. Na porovnanie: pri manuálnom hodnotení krvných buniek pacientov bolo treba spočítať v mikroskope aspoň 200 buniek, určiť percentuálny podiel buniek reagujúcich s monoklonovou protilátkou (jedna protilátka z palety 15 rôznych znakov), analýza jednej vzorky vyžadovala niekoľko minút sústredeného mikroskopovania a bola subjektívna.

Dnešná cytometrická analýza zaznamená vyše 5 tisíc buniek za sekundu, pre každú nasnímanú bunku uloží údaje o väzbe každej zo 4 protilátok vybraných z palety vyše 300 rôznych znakov a digitálny záznam možno kedykoľvek použiť pre opakovanú analýzu iným expertom. Tieto výkonové parametre umožňujú odhaliť jednu leukemickú bunku v mase takmer sto tisíc normálnych buniek, sledovať minimálnu zvyškovú chorobu a včas upozorniť ošetrujúceho lekára na možný návrat ochorenia ešte pred jeho klinickou manifestáciou. Drvivá väčšina znakov sledovaných pri cytometrickej analýze sú proteíny, ktoré sa vyskytujú aj na normálnych bunkách. Pre určenie leukemickej bunky sa využíva skutočnosť, že u zdravých ľudí sa daná kombinácia znakov na jednej bunke buď vôbec nevyskytuje alebo množstvo znaku na jednu bunku je výrazne iné ako na normálnej nenádorovej bunke. Znamená to, že v tejto bunke zlyhala regulácia produkcie proteínov v čase, množstve a mieste.

Dôležitosť molekuly DNA

A tak sa opäť vraciame k molekule DNA, k dôležitosti jej informačnej hodnoty danej postupnosťou nukleotidových „písmen“ a k mechanizmom, ktoré zabezpečujú ochranu informácie a jej prenos do realizačných štruktúr v bunke. Jednou zo štruktúr sú ribozómy, kde sa podľa dodanej informácie syntetizujú všetky proteíny bunky. Môže sa stať, že aj v leukemickej bunke sú normálne proteíny exportované na povrch bunky, ale vďaka nenáležitej organizácii celého procesu sa tam dostanú proteíny, ktorých produkcia mala byť napríklad dávno zastavená alebo výrazne obmedzená. Samozrejme, platí to pre nádory obecne, nie iba pre leukémie.

Poškodenia DNA kyseliny faktormi prostredia (napr. chemické látky vo výfukových plynoch, cigaretovom dyme, prepálenej strave) sa študujú v laboratóriu mutagenézy a karcinogenézy. Robia charakterizáciu látok, z ktorých niektoré menia DNA – spôsobujú mutácie, avšak nemusia viesť k premene bunky na nádorovú. Iné zase nemusia meniť DNA, ale napomáhajú procesom nádorovej premeny – karcinogenéze. Ako bolo spomenuté, v bunke existujú mechanizmy na opravu poškodení DNA. Pretože to nie je to výsada iba ľudských buniek, ale sú prítomné aj v bunkách iných organizmov, mnohé z nich sa používajú ako modelové systémy pre pochopenie mechanizmu opráv. To sa robí v laboratóriu molekulárnej genetiky, kde študujú opravy DNA v 4 rôznych organizmoch – baktériách, kvasinkách, hlodavčích a ľudských bunkách. Charakterizujú vlastnosti jednotlivých proteínov zahrnutých v opravnom komplexe, ktorý zabezpečuje rozpoznanie poškodenia, odstránenie poškodenej časti, vrátenie chýbajúceho obsahu a uvedenie do pôvodného stavu.

Tieto deje, pripomínajúce skôr popis práce remeselníka, zabezpečuje enzýmová aktivita zúčastnených proteínov a koordináciu jednotlivých krokov umožňuje vzájomné rozpoznávania sa jednotlivých proteínov. Ak sa teda stane, že mutácia v DNA postihne gén, ktorý kóduje proteín s funkciou v DNA opravnej „čate“, výsledok opravy môže byť nepriaznivý pre osud bunky (to je situácia napríklad nositeľov mutácie ochorenia HNPCC.) Koordinácia vnútrobunkových signálov, produkcia signálnych molekúl mimo bunku a stav imunitného systému sú predmetom bádania v laboratóriu molekulárnej imunológie. Poznanie vzťahov medzi bunkami imunitného systému, dôkaz existencie krvnej kmeňovej bunky so schopnosťou sebaobnovy a celoživotnej regenerácie odumretých buniek imunitného systému viedlo ku koncepcii kmeňovej nádorovej bunky.

To znamená, že nádor je výsledkom delenia kmeňových nádorových buniek a pokiaľ práve ich nezasiahne terapia, budú sa napriek liečbe opakovať návraty choroby. V organizme však existujú zásoby kmeňových buniek, ktorých úlohou je regenerovať poškodené tkanivá. Tieto mezenchýmové kmeňové bunky sa nachádzajú v kostnej dreni ale aj v ďalších tkanivách, napr. tukovom. Preto ich možno izolovať z odpadu po liposukcii a vložiť do nich genetickú informáciu, ktorá zabezpečí produkciu špeciálneho proteínu. Tieto postupy sa študujú v laboratóriu molekulárnej onkológie v in vivo myšom systéme. Myšky s nádorom dostanú upravené mezenchýmové bunky, ktoré majú schopnosť vyhľadať nádor. Neskôr dostanú netoxické liečivo a špeciálny proteín mezenchýmových buniek ho premení na toxickú látku, ktorá sa uvoľní do okolia nádoru. Pretože mezenchýmové kmeňové bunky sú odolnejšie, zomierajú neskôr než okolité bunky. Výsledky ukazujú, že tento postup by mohol byť efektívny aj u človeka. Cieľom výskumných snažení je odhaliť príčiny premeny normálnej bunky na bunku nádorovú, poznať rozdiely a biologickú podstatu týchto zmien a v konečnom dôsledku využiť ich pre dobro pacientov v klinickej praxi.

Ako funguje onkologický register

Dôležitým počinom v 70-tych rokoch bolo zriadenie onkologického registra, ktorý podchytil celé územie štátu a monitoroval výskyt jednotlivých typov nádorov. Dnes táto bohatá databáza skrýva v sebe údaje, ktoré majú oveľa vyššiu hodnotu, než sú tabuľky výskytu za ostatný rok sledovania. Matematické modelovanie nad týmito dátami vie predpovedať budúci výskyt nádorov, zhodnotiť úspešnosť preventívnych a liečebných postupov, takže logicky by register mal byť v centre pozornosti poisťovní a osôb zodpovedných za zdravotnícku starostlivosť v štáte. Ak to tak nie je, potom možno špekulovať, či to je prejavom postoja, ktorý sa prisudzuje významu a dôležitosti onkologickej vedy, resp. vedy všeobecne v našej spoločnosti. Európa aj v čase krízy podporuje oblasť výskumu a nám nezostáva iné ako veriť, že vďaka múdrym rozhodnutiam nám neujde vlak.

Autor článku: RNDr. Ján Sedlák, DrSc., časopis Bedeker zdravia

Dátum zverejnenia: