Nowotwory i fuzje

Translokacja chromosomalna powodująca powstanie chromosomu Filadelfia

Translokacje chromosomalne to przesunięcie fragmentu chromosomu w inne miejsce na innym lub tym samym chromosomie. Takie sklejenie dwóch normalnie oddalonych od siebie fragmentów może spowodować sklejenie dwóch genów w jeden. Transloklacje, także te dające fuzje genów, często spotyka się w nowotworach. Przykładem może być chromosom Philadelphia, występujący w 95% przewlekłych białaczek szpikowych, a także – choć znacznie rzadziej – w innych typach białaczek. Translokacja między chromosomami 22 i 9 powoduje powstanie genu fuzyjnego BCR-ABL. ABL koduje kinazę tyrozynową, a połączenie go z fragmentem genu BCR powoduje, że białko fuzyjne jest produkowane cały czas, co przyspiesza podziały komórki, a do tego hamuje naprawę DNA i apoptozę. Innym przykładem mogą być występujące w chłoniakach Burkitta translokacje powodujące połączenie genu MYC oraz genów kodujących łańcuchy ciężkie lub lekkie przeciwciał. Bliskość sekwencji regulatorowych przeciwciał powoduje stałą podwyższoną ekspresję MYC. Natomiast ekspresja drugiej, normalnej kopii MYC często jest wyłączona. Ze względu na częste występowanie translokacji chromosomowych, nieraz bardzo specyficznych dla danego typu nowotworu, wykorzystuje się ich obecność jako marker w diagnostyce i prognozowaniu przebiegu choroby (Mitelman i in. 2007).

Jednak w biologii nic nie jest proste. Od czasu do czasu pojawiają się doniesienia o występowaniu w zdrowych komórkach transkryptów fuzyjnych typowych dla nowotworów (Janz i in. 2003). Taką sytuację opisano np. dla BCR-ABL (Bose i in. 1998, Biernaux i in. 1995). Teraz w Science pojawiła się kolejna praca opisująca charakterystyczne dla nowotworów transkrypty fuzyjne w normalnych komórkach.

Jakiś czas temu stwierdzono, że w połowie przypadków endometrialnych mięsaków podścieliskowych występuje translokacja chromosomów 7 i 17, w wyniku której powstaje fuzja genów JAZF1 i JJAZ1. Gen fuzyjny JAZF1-JJAZ1 wprowadzony do normalnych komórek w hodowli powoduje hamowanie apoptozy i przyspiesza ich proliferację, jednak ten drugi efekt widoczny jest tylko wtedy, gdy normalny gen JJAZ1 przestanie działać.  Naukowcy wywnioskowali więc, że ta translokacja i wyłączenie zdrowego allelu JJAZ1 są potrzebne do rozwinięcia się mięsaka. Tę samą translokację obserwuje się też w guzkach podścieliskowych, które w przeciwieństwie do mięsaków nie są złośliwe, jednak u nich drugi allel JJAZ1 funkcjonuje normalnie. Do tej pory przeważał pogląd, że te dwa nowotwory nie mają ze sobą nic wspólnego. Opisane wyniki mogą jednak oznaczać, że z łagodnych guzków podścieliskowych zbudowanych z komórek niosących gen fuzyjny powstają złośliwe mięsaki, kiedy mutacje spowodują wyłączenie normalnej kopii JJAZ1 (Li i in. 2007). Oczywiście żeby potwierdzić tę hipotezę, i ewentualnie określić, co jeszcze jest konieczne do takiego przekształcenia, potrzebne są dalsze badania.

Artykuł w Science (Li i in. 2008) opisuje kolejne dokonania tej samej grupy badaczy. Stwierdzili oni bowiem, że fuzyjne mRNA JAZF1-JJAZ1 występuje także w normalnych komórkach podścieliska endometrium, zarówno u zdrowych osób, jak i w liniach komórkowych, natomiast  inne rodzaje komórek go nie zawierają. Jego ilość zmienia się w zależności od tego, z jakimi stężeniami hormonów mają do czynienia komórki, czyli w zależności od momentu cyklu menstruacyjnego, a także zwiększa w warunkach hypoksji czyli niedoboru tlenu, ale ogólnie jest go mniej, niż  komórkach nowotworowych.

Naukowcy przyjrzeli się więc normalnym komórkom zawierającym fuzyjne mRNA i zauważyli, że w przeciwieństwie do komórek mięsaka nie mają one translokacji chromosomowych. Postanowili więc przyjrzeć się splicingowi. Splicing, czyli składanie genów, to jeden z etapów dojrzewania świeżo zsyntetyzowanego RNA, polegający na wycinaniu z niego sekwencji niekodujących (intronów) i łączeniu sekwencji kodujących (egzonów).  Zazwyczaj wszystko to dzieje się w obrębie jednej cząsteczki RNA, ale zdarza się też trans-splicing, w którym łączone są dwie różne cząsteczki RNA. Co prawda u kręgowców to zjawisko obserwowano dość rzadko, ale okazuje się, że zachodzi właśnie w przypadku genów JAZF1 i JJAZ1. Ponieważ badacze znaleźli fuzyjne mRNA bez translokacji chromosomalnej we wszystkich badanych zdrowych komórkach endometrium, uznali, że fuzyjne białko JAZF1-JJAZ1 pełni tam jakąś funkcję w normalnych warunkach. Natomiast translokacja spotykana w mięsakach powoduje, że jego produkcja wymyka się spod kontroli. Choć na razie rola tego białka nie jest znana, badacze uważają, że warto sprawdzić, czy np. ma działanie ochronne, gdy komórkom brakuje tlenu pod koniec fazy lutealnej cyklu.

Naukowcy sugerują także, że może trans-splicing u kręgowców występuje jednak częściej, niż sądzono do tej pory, i że wyjasnia występowanie w zdrowych komórkach także innych transkryptów typowych dla nowotworów.

Trans-splicing. Białka fuzyjne powstają nie tylko w wyniku translokacji chromosomowej, ale także w wyniku sklejenia ze sobą dwóch cząsteczek RNA kodujących różne białka.