Kanser ve nörodejeneratif bozukluklar gibi hastalıklar genellikle genetik hatalarla başlar, ancak bu bilgiyi etkili tedavilere dönüştürmek tarihsel olarak, hepsi farklı şeyler yapan 300 farklı arızalı parça tespit ettiğiniz bir arabayı tamir etmeye çalışmak gibi olmuştur. *Nature*'da yayınlanan yeni bir çalışma potansiyel bir çözüm sunuyor: PerturbFate adlı bir platform, hastalıkla ilgili genetik değişikliklerin hücreleri nasıl değiştirdiğini sistematik olarak izleyebiliyor ve bu değişikliklerin nihayetinde nerede birleştiğini belirleyebiliyor.
"Burada kanser ilaç direncine odaklanıyoruz, ancak makale aslında daha geniş bir sorudan başlıyor: Bir hastalığın yüzlerce genle ilişkili olduğunu öğrendiğinizde, onu hedeflemek için tek bir tedaviyi nasıl tasarlarsınız?" diyor Tek Hücreli Genomik ve Popülasyon Dinamikleri Laboratuvarı başkanı Junyue Cao. "Tüm bu farklı genlerin, keşfedip hedefleyebileceğimiz bazı ortak aşağı akış sinyalleri tarafından yönlendirilip yönlendirilmediğini merak ettik."
Genetik dizilemedeki ilerlemeler, bilim insanlarının hastalıkla bağlantılı çok sayıda mutasyonu tanımlamasına olanak tanıdı, ancak bu ilerleme büyük bir yeni zorluk yarattı: ilgili genler genellikle hücreler içinde gen aktivitesini kontrol etmek ve hücre sinyal yollarını yönetmek dahil olmak üzere çok farklı işler yapıyor. Bu karmaşıklık nedeniyle, birçok mutasyonu aynı anda ele alan tedaviler tasarlamak zor olmuştur. Cao, görünüşte ilgisiz bu mutasyonların aslında bağımsız hareket etmeyebileceğinden şüphelendi - hücrelerin nasıl davranacağını nihai olarak belirleyen ortak aşağı akış programlarına akabilirler. Eğer bu doğruysa, bilim insanlarının her mutasyonu ayrı ayrı hedeflemesine gerek kalmaz; hastalık sürecini kontrol eden ortak düzenleyici düğümlere odaklanabilirler.
Bunu test etmek için ekip, birçok genetik bozulmayı aynı anda karşılaştırabilen ve her birinin bir hücreyi ayrıntılı olarak nasıl yeniden şekillendirdiğini izleyebilen bir sisteme ihtiyaç duyuyordu. Mevcut teknolojiler resmin yalnızca bir kısmını yakalayabiliyor, genellikle hücresel aktivitenin bir katmanını aynı anda ölçüyor veya gen aktivitesinin zaman içinde nasıl dinamik olarak değiştiğini kaçırıyordu. Yüksek lisans öğrencisi Zihan Xu, bu sınırlamaların üstesinden gelmek için PerturbFate'i geliştirdi ve araştırmacıların, DNA erişilebilirliğini ve RNA üretimini aynı anda izleyerek farklı genetik bozulmaların hücreleri gerçek zamanlı olarak nasıl değiştirdiğini gözlemlemesine olanak tanıdı. Bu ölçümler aynı tek hücre içinde toplandığından, sistem hücre davranışını kontrol eden gen ağlarını ortaya çıkarabilir ve farklı mutasyonların aynı aşağı akış etkilerini nerede ürettiğini belirleyebilir.
Platformu test etmek için araştırmacılar, birçok farklı mutasyonun tedaviye direnç üretebildiği melanomaya yöneldi. Ekip, daha önce melanom ilacı Vemurafenib'e dirençle ilişkilendirilen 143 gen seçti ve bunları melanom hücrelerinde sistematik olarak devre dışı bıraktı. PerturbFate daha sonra her bir bozulmanın hücresel davranışı zaman içinde nasıl değiştirdiğini izledi. Yeni üretilen RNA'yı etiketleyerek araştırmacılar, taze gen aktivitesini daha eski moleküler sinyallerden ayırabildi. Tek hücre profillemesi ayrıca hangi genlerin aktif olduğunu, DNA'nın hangi bölgelerinin erişilebilir hale geldiğini ve bu değişikliklerin nasıl evrildiğini izlemelerine olanak tanıdı.
300.000'den fazla hücreyi inceledikten sonra araştırmacılar, birçok farklı mutasyonun melanom hücrelerini tutarlı bir şekilde aynı ilaca dirençli duruma ittiğini buldu. Ekip, bu durumu yönlendiren ortak düzenleyici kontrol noktalarını hedeflediğinde, ilaç direnci önemli ölçüde düştü ve bu da kombinasyon tedavileri için umut verici bir strateji önerdi. Çalışma ayrıca, gen aktivitesini düzenlemeye yardımcı olan hücresel bir yapı olan Mediatör Kompleksi'ni içeren önemli bir detayı ortaya çıkardı. Araştırmacılar, bu aynı kompleksin farklı kısımlarını bozmanın, tamamen farklı biyolojik yollardan ilaç direncini tetikleyebileceğini, ancak bu yolların yine de VEGFC olarak bilinen aynı melanom hayatta kalma sinyalinde birleştiğini buldu. Araştırmacılar VEGFC'yi bloke ettiğinde, dirençli melanom hücreleri artık büyüyemedi.
"Sadece gen ifadesini değil, aynı zamanda RNA dinamiklerini ve kromatin durumunu da yakalıyoruz," diyor Cao. "T