Tento „Pan-cancer analysis of whole genomes project“ (PCAWG) je výjimečný nejen svým obrovským záběrem, ale také tím, že studuje nádorový genom jako celek. Předchůdci tohoto projektu, např. americký „The cancer genome atlas“, se totiž zabývaly pouze tou částí genomu, podle které se vyrábějí proteiny. Tyto tzv. exony ale u člověka tvoří jen asi 1,5 % genomu. Zbytek připadá na další části genů, které sice nenesou informaci o složení proteinu, ale rozhodují o tom, kdy, kde a jak moc se bude gen spouštět, nebo umožňují tzv. alternativní sestřih, čili to, že z jednoho genů může vzniknout víc než jeden protein (tyto sekvence zabírají cca 25 % genomu); dále na sobeckou DNA neboli mobilní elementy, parazitické sekvence, které se volně šíří po genomu a fungují jako biologické mutageny (cca 50 % genomu); a mnoho dalších faktorů, které ovlivňují aktivitu genů.

Pro vznik a rozvoj nádoru jsou zásadní tzv. řídicí (driver) mutace, změny v sekvenci DNA. Ty způsobí, že buňka překoná některou z četných překážek, kterými tělo brání buňkám, aby se množily, jak se jim zachce. Anebo způsobí, že se kvalita genomu buňky začne valem zhoršovat. I když velká část řídicích mutací, které jsou zásadní pro rozvoj nádoru, už byla známa z dřívějška, podařilo se objevit některé další, které sedí právě v oblastech mimo exony. Oproti dřívější studii exonů, které se podařilo identifikovat řídicí mutace u 67 % nádorů, to teď bylo 95 %, přičemž každý nádor má v průměru 4-5 těchto mutací.

Zásadní ale je, že se podařilo objasnit řadu mechanismů, jak se klíčové geny v nádorových buňkách mění. Tak třeba cca jedna pětina nádorů obsahuje buňky, které mají neuvěřitelně přestavěný jeden nebo několik chromosomů. Jde o důsledek toho, že se nejprve DNA naláme na malé kousky a pak se nepříliš zdařile opět slepí dohromady. To může některé geny zlikvidovat, jiné zase začnou fungovat až příliš dobře, což může buňku svádět k překotnému dělení. Dalším mechanismem může být zmnožení některých genů, jejich přestavění nebo ztráta, přesuny mezi chromosomy, změna exprese genů, atd. Výčet je dlouhý, takže potenciálně nádorové buňky mají z čeho vybírat.

Další věcí, kterou řešil PCAWG, byl průběh evoluce konkrétních typů rakovin. Buňky jednoho nádoru totiž nesdílejí 100 % identickou sekvenci DNA, jak by slušné somatické buňky měly, ale mohou se značně lišit, protože přibývající mutace udělují svým nositelkám selekční výhodu oproti zdravým buňkám i starším sestřičkám v nádoru. Jak se mutace postupně akumulují, genom ztrácí svou integritu a může značně měnit svou podobu. Díky rozdílům mezi buňkami jediného nádoru se tak můžeme vrátit v čase a zjistit, které mutace stály na začátky vývoje a které přišly později. Ukazuje se, že první řídicí mutace se objevují roky a někdy i desetiletí před diagnózou nádoru. Vznikají v poměrně úzkém spektru genů (u 50 % nádorů se první mutace trefí do některého z 9 nejpopulárnějších genů jako je TP53 nebo TERT), zatímco pozdější řídicí mutace už byly mnohem méně vybíravé (zasahovaly cca 4x širší spektrum genů). Evoluce jednotlivých typů rakovin sice vykazují určité evoluční trendy, ale na druhou stranu je každý nádor unikátní.

Světová zdravotnická organizace odhaduje, že cca 15 % rakovin je způsobeno infekcí, z toho asi 10 % virovou. Sekvenování genomů a transkriptomů (transkriptom = soubor všech RNA v buňce, tkáni nebo organismu, který poskytuje informaci o tom, jaké geny se v daném místě a čase používají) vskutku nalezlo u 13 % nádorů přítomnost virů (v některých případech zcela nových), z toho se v drtivé většině případů jednalo pouze o pět virových rodů už dříve asociovaných s určitým typem rakoviny. Přistiženy byly známé firmy, např. virus Epstein-Barrové, virus hepatitidy B a lidský papilomavirus, přičemž poslední dva jmenované se minimálně v některých případech vložily do genomu, a způsobily tak řídící mutaci, která byla zásadní pro rozvoj nádoru.

Sekvenování nové generace, které umožňuje rychle a ve srovnání s klasickým způsobem i relativně levně osekvenovat celý genom, zřejmě časem povede k tomu, že bude možné takto analyzovat nádor každého pacienta. To by umožnilo nasadit léčbu, která bude nejúčinnější a zároveň nejšetrnější k pacientovi. Neradujme se však předčasně. Ani to neznamená, že rakovina bude definitivně vyléčena. Někdy se stává, že si část nádorových buněk vyvine rezistenci k nasazené léčbě a vytvoří nádor nový. Navíc i toto relativně levné sekvenování by zatím stále vyžadovalo tisíce dolarů za pacienta. Konsorcium zodpovědné za tento projekt už ovšem sbírá 100 tisíc dalších rakovinných vzorků spolu s jejich klinickými záznamy, s cílem vytvořit gigantickou databázi, která pomůže onkologům nasadit pro pacienta nejlepší možnou léčbu a biologům pochopit vznik a dynamiku rakoviny. A fakt, že první řídicí mutace se objevují dlouho před rozvojem rakoviny, dává naději, že bude v budoucnu možné potenciální rakovinné buňky včas identifikovat a příslušně s nimi zatočit.

Co jsme se zatím dozvěděli ze sekvenování rakovinných genomů:

• Většina řídicích mutací je v exonech.

• První řídicí mutace se v polovině případů odehrávají jen v 9 genech.

• První řídicí mutace vznikají často i desetiletí před diagnózou rakoviny.

• Poměrně hodně nádorů je způsobeno infekcí.

• Vývoj jednotlivých typů rakovin vykazuje určité obecné evoluční trendy, ale každý konkrétní nádor je unikátní.

Literatura:

The ICGC/TCGA Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Network. Pan-cancer analysis of whole genomes. Nature (2020) doi: https://doi.org/10.1038/s41586-020-1969-6

Li, Y. et al. Patterns of somatic structural variation in human cancer genomes. Nature (2020). doi: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1913-9

Gerstung, M. et al. The evolutionary history of 2,658 cancers. Nature (2020). doi: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1907-7

Zapatka, M., Borozan, I., Brewer, D.S. et al. The landscape of viral associations in human cancers. Nat Genet 52, 320–330 (2020). https://doi.org/10.1038/s41588-019-0558-9