Badania cytogenetyczne w diagnostyce białaczki - na czym polegają i jakich informacji dostarczają?

Badania cytogenetyczne znajdują się w grupie testów niezbędnych do postawienia pełnego rozpoznania białaczki, uwzględniając również specyficzne do danego rodzaju białaczki zmiany, które są konieczne w celu klasyfikacji choroby i ustalenia czynników ryzyka. Za ich pomocą wykrywa się charakterystyczne zmiany w genomie komórek białaczkowych – min. tzw. aberracje chromosomowe. Bardzo ważną cechą badania jest to, że wykrywa się zarówno zmiany, których możemy się spodziewać po postawieniu wstępnego rozpoznania, jak i zupełnie inne, które mogą zmienić lub bardziej sprecyzować to rozpoznanie.

Klasyczne badanie cytogenetyczne służy do oceny kariotypu, czyli wyglądu i liczby chromosomów w danych komórkach. Chromosomy zawierają DNA, czyli materiał genetyczny, który jest identyczny we wszystkich komórkach jednego organizmu (oprócz komórek płciowych). W komórkach dojrzałych, które nie ulegają podziałom, DNA znajduje się w jądrze w postaci luźno ułożonych nici. Jednak gdy komórka zaczyna się dzielić, materiał genetyczny kondensuje się, tworząc chromosomy. Człowiek posiada 46 chromosomów, czyli 23 pary.

Są to 2 kopie materiału genetycznego, z których jedna (23 chromosomy) pochodzi od matki a druga od ojca. Chromosomy danej pary pod mikroskopem wyglądają tak samo (ludzkim okiem nie da się dostrzec różnic w poszczególnych genach). Natomiast poszczególne pary chromosomów różnią się między sobą wielkością i stopniem kondensacji DNA.

Po pobraniu do badania komórek mogących się dzielić (w przypadku białaczek zwykle wykorzystuje się szpik kostny), hoduje się je, czekając aż zaczną się mnożyć. Wówczas do preparatu dodaje się środek, który zatrzymuje podział w momencie, gdy w jądrach komórek widoczne są chromosomy. Wtedy po wprowadzeniu innych substancji pęka jądro, przez co chromosomy mają więcej miejsca i oddzielają się od siebie. Ostatnim etapem jest wykonanie specyficznych barwień preparatu.

Dzięki takiej obróbce na chromosomach powstają bardzo charakterystyczne prążki (w miejscach o różnym stopniu kondensacji DNA). U każdego człowieka w chromosomach tej samej pary prążki mają ten sam układ. Aby badanie było dokładne, obecnie to komputer (a nie człowiek) liczy chromosomy i przyporządkowuje je do danej pary (np. 1, 3 lub 22). Po ułożeniu chromosomów w odpowiedniej kolejności, można ocenić ich liczbę oraz budowę.

Klasyczne badanie cytogenetyczne służy do wykrywania dużych zmian w materiale genetycznym – aberracji chromosomowych. Za jego pomocą nie da się zdiagnozować mutacji w pojedynczych genach. Aberracje mogą dotyczyć liczby chromosomów w danej komórce lub budowy poszczególnych chromosomów. Człowiek posiada 46 chromosomów (23 pary). To stan euploidii (eu – dobry, ploid - zestaw).

Jednak w komórkach bardzo szybko dzielących się (takich jak komórki układu krwiotwórczego, a także białaczkowe) może dochodzić do zwielokrotnienia tej liczby (poliploidia) lub dodania jednego lub kilku chromosomów (aneuploidia). W innych komórkach natomiast chromosomów może być za mało. Aberracje dotyczące budowy pojedynczych chromosomów mogą być zrównoważone lub niezrównoważone (w zależności, czy materiału genetycznego jest więcej, mniej, lub tyle samo).

Chromosomy mogą ulegać delecjom (utrata kawałka chromosomu), inwersjom (gdy pewien fragment DNA występuje w odwrotnej kolejności), duplikacjom (część materiału genetycznego uległa zdwojeniu) lub translokacjom – najczęściej obserwowane aberracje w białaczkach. Translokacje pojawiają się, gdy od chromosomów z 2 różnych par pod wpływem pęknięcia oddziela się część materiału genetycznego i dołącza do chromosomu innej pary w miejscu tego właśnie pęknięcia. W ten sposób kawałek chromosomu 9 może się znaleźć na chromosomie 22 przy jednoczesnej obecności materiału z chromosomu 22 na 9.

Powstanie białaczki jest wynikiem mutacji w komórce krwiotwórczej szpiku, prowadzącej do transformacji nowotworowej. Taka komórka zyskuje zdolność do nieograniczonych podziałów. Powstaje bardzo wiele identycznych komórek potomnych (klonów). Jednak w trakcie kolejnych podziałów może dochodzić do kolejnych zmian w materiale genetycznym krwinek nowotworowych.

W zależności od tego jaki rodzaj komórki uległ przemianie nowotworowej oraz typu zmian genetycznych jakie w niej zaszły, powstają różne typy białaczki. Oznacza to, że każda białaczka cechuje się charakterystycznymi zmianami w ilości i wyglądzie chromosomów. Oczywiście niektóre aberracje mogą występować w różnych typach białaczek.

Ponadto obecność konkretnych mutacji ma realny wpływ na rokowanie chorego. Pewne aberracje sprzyjają wyleczeniu a inne zmniejszają szansę na przeżycie. Leczenie białaczek ostrych również opiera się na wynikach badania cytogenetycznego. Wykrycie specyficznych aberracji chromosomowych umożliwia zastosowanie leków niszczących komórki z tą specyficzną mutacją.

Najlepszym przykładem konieczności stosowania badań cytogenetycznych w białaczkach jest przewlekła białaczka szpikowa(PBSz).

Dzięki nim odkryto, że jest ona spowodowana translokacją między chromosomami 9 i 22. Po wymianie materiału genetycznego między nimi powstaje tzw. chromosom Philadelphia (Ph+). Powstały nowy, zmutowany i patologiczny gen – BCR/ABL (powstały z połączenia genu BCR jednego chromosomu i ABL drugiego), produkujący nieprawidłowe białko, też o nazwie BCR/ABL, które ma właściwości kinazy tyrozynowej, pobudzającej komórki krwiotwórcze szpiku do nieustannych podziałów i kumulacji. Tak właśnie rozwija się przewlekła białaczka szpikowa.

Stwierdzono również, że ok. 25 proc. chorych na ostrą białaczkę limfoblastyczną (OBL) również posiada tę mutację w komórkach białaczkowych, istotnie pogarszając ich rokowania. Ale na szczęście na tym nie koniec.

Kilkadziesiąt lat po wykryciu chromosomu Philadelphia udało się zsyntezować leki, tzw. inhibitory kinazy tyrozynowej, które hamują działanie patologicznego genu. Obecnie są dostępne kilka rodzajów inhibitorów kinazy tyrozynowej (np. imatinib, dasatinib, nilotynib). Dzięki nim udaje się uzyskać remisję cytogenetyczną i molekularna PBSz oraz OBL Ph+, co zdecydowanie zmieniło losy chorych dotkniętych taką mutacją, poprawiając ich przeżycie.

Źródła

1. Janicki K. Hematologia, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001, ISBN 83-200-2431-5
2. Hołowiecki J. (red.), Hematologia kliniczna, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2007, ISBN 978-83-200-3938-2
3. Gajda M., Litwin J.A. Podstawy technik mikroskopowych, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellonskiego, Kraków 2011, ISBN 978-83-233-3059-2
4. Henderson M. 50 teorii genetyki, które powinieneś znać, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010, ISBN 978-83-01-16101-9
5. Dmoszyńska A. Wielka interna - hematologia, Warszawa 2011, wyd. 1, ISBN: 978-83-62597-18-5