Badania molekularne a białaczka

Białaczka to rodzaj choroby nowotworowej układu krwionośnego. Przyczyną choroby jest uszkodzenie DNA komórki krwiotwórczej szpiku w taki sposób, iż wymyka się ona naturalnym mechanizmom kontroli ilości podziałów komórkowych. To właśnie tych zmian w DNA poszukuje się, robiąc badania molekularne. DNA to chemiczny nośnik pamięci. Podobnie jak płyta CD czy dysk twardy, DNA przechowuje zapisany w nim kod genetyczny. Ten kod decyduje nie tylko o charakterze komórki (jej wyglądzie i pełnionej funkcji), ale także kiedy i ile razy ma się podzielić. Odpowiadają za to między innymi onkogeny. Jeśli taki gen ulegnie mutacji zaburzającej jego funkcje - powstaje nowotwór.

Białaczki wywodzą się z krwiotwórczych komórek macierzystych szpiku, z których powstają krwinki białe, czyli leukocyty. Leukocyty są komórkami, które pełnią funkcję obronną. Wyróżnia się wiele rodzajów białych krwinek. Do podstawowych rodzajów białych krwinek zalicza się:

• limfocyty B - odpowiedzialne za produkcję przeciwciał;
• limfocyty T - nadzorujące pracę innych komórek;
• komórki NK – limfocyty o naturalnych właściwościach zabójczych
• makrofagi - komórki żerne;
• neutrofile - odpowiedzialne za walkę z bakteriami;
• oraz wiele innych rodzajów.

Istnieje wiele sposobów na podejrzenie DNA. Jednak w przypadku białaczek nie interesuje nas sekwencjonowanie całego kodu, byłoby to zbyt czasochłonne i kosztochłonne. Aby zbadać tylko te fragmenty, które mogą być przyczyną choroby, wymyślono sprytne techniki znakowania molekularnego. Używa się ich między innymi właśnie w diagnostyce białaczki. Najbardziej rozpowszechnione i najczęściej stosowane są dwie: FISH oraz PCR.

FISH (ang. ryba) wbrew pozorom nie ma nic wspólnego z wędkowaniem. Jest to metoda fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (ang. Fluorescent In Situ Hybridization). Brzmi obco, ale w gruncie rzeczy to bardzo prosta technika. Służy określeniu położenia konkretnego genu lub genów w danym obszarze chromosomu. Dzięki temu jesteśmy w stanie określić, czy dany gen został przemieszczony (translokacja), odwrócony (inwersja), czy przecięty na dwa kawałki, które teraz znajdują się w przeciwnych końcach dwóch różnych chromosomów.

Jak to działa? Otóż DNA jest komplementarne. To znaczy, że nić pierwsza (zawierająca zapis danego genu) jest dokładnie odwzorowana w sposób lustrzany na drugiej nici (zawierającej fragment niekodujący). Ta właściwość DNA jest podstawą życia. Bowiem gdy rozerwie się podwójną helisę na dwie oddzielne nici, do każdej można dobudować komplementarną kopię. Dzięki temu komórki mogą naprawiać powstałe uszkodzenia DNA oraz dzielić się.

FISH wykorzystuje zjawisko, że nici łączą się tylko wtedy, gdy są komplementarne. Jeśli chcemy wyznakować jakiś gen, tworzymy krótką nić komplementarną do niego i łączymy ją chemicznie z barwnikiem fluorescencyjnym. Następnie wprowadzamy zawiesinę tych znaczników do komórki, którą chcemy zbadać (np. komórki białaczkowe). Następuje wiązanie komplementarnych nici, a nadmiar znaczników się wypłukuje. Potem, oświetlając komórkę światłem lasera, możemy pod mikroskopem zobaczyć położenie wyznakowanych genów na chromosomie. Świecą one na zielono, niebiesko lub czerwono. Znając prawidłowe rozmieszczenie tych genów, możemy zobaczyć, co się stało. Jaka mutacja doprowadziła do powstania białaczki i co za tym idzie, czy dysponujemy celowanym leczeniem związanym z opisanym uszkodzeniem DNA.

Wynalezienie techniki PCR (ang. polymerase chain reaction), czyli reakcja łańcuchowa polimerazy, pozwoliło genetyce rozwinąć skrzydła. To właśnie dzięki tej metodzie wiemy obecnie tak wiele o mechanizmach stojących za powstawaniem białaczek i innych nowotworów. Zasada działania PCR jest bardzo prosta i prowadzi do nieskończonego powielania wybranego fragmentu DNA. Dzięki tej technice możemy nie tylko określić, czy dany gen występuje w genomie, ale także czy w jego wewnętrznej strukturze zaszła jakaś zmiana (mutacja).

Można by zapytać, po co to wszystko? Otóż opisane powyżej badania molekularne pozwalają rozpoznać i lepiej zrozumieć konkretne mechanizmy odpowiadające za powstawanie białaczki. Skutkuje to wytwarzaniem tzw. leków celowanych. Pierwszym i najbardziej spektakularnym zwycięstwem było stworzenie leku przeciwko przewlekłej białaczce szpikowej.

Dzięki badaniom molekularnym możemy wyodrębnić tych chorych, u których za nowotworzenie odpowiada produkt zmutowanego genu BCR/ABL. To kinaza tyrozynowa - rodzaj enzymu. Imatinib natomiast jest lekiem blokującym tą kinazę. Wystarczy powiedzieć, że wprowadzenie imatinibu i innych leków z tej grupy do podstawowej terapii pozwoliło osobom chorym na przewlekłą białaczkę szpikową wydłużyć życie z 2 do nawet > 10 lat od momentu rozpoznania, co w standardach onkologicznych uznawane jest za wyleczenie.

Badania molekularne w białaczkach stanowią podstawę doboru odpowiedniego leczenia. Dzięki nim powstają nowe leki celowane, a te już dostępne są stosowane we właściwy sposób. Postęp, jaki dokonał się w leczeniu nowotworów układu krwiotwórczego, w dużej mierze zawdzięczamy rozwojowi technik diagnostyki molekularnej.

Źródła

1. Gołąb J., Jakóbisiak M., Lasek W., Stokłosa T., Immunologia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009, ISBN 978-83-01-15154-6
2. Srebniak M.I., Tomaszewska A. Badania cytogenetyczne w praktyce klinicznej, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2008, ISBN 978-83-200-3489-9
3. Lewiński A., Liberski P.P. (red.), Biologia molekularna człowieka, Czelej, Lublin 2006, ISBN 83-89309-64-5
4. Janicki K. Hematologia, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001, ISBN 83-200-2431-5
5. Dmoszyńska A. Wielka interna - hematologia, Warszawa 2011, wyd. 1, ISBN: 978-83-62597-18-5