Онкогеномика ― потполе на геномиката што ги карактеризира гените поврзани со ракот. Насочена е на геномски, епигеномски и транскриптни промени кај ракот.
Ракот е генетско заболување предизвикано од акумулација на мутации на ДНК и епигенетски промени што доведуваат до неограничена клеточна пролиферација и создавање неоплазми. Целта на онкогеномиката е да бидат идентификувани нови онкогени или туморски потиснувачки гени кои можат да дадат нови сознанија за дијагнозата на ракот, предвидувајќи го клиничкиот исход на ракот и нови цели за терапии за рак. Успехот на целните терапии за рак, како што се иматинивот, трастузумабот и бевацизумабот, ја зголемил надежта за онкогеномиката да разјасни нови цели за лекување на ракот. мини|500x500пкс| Општи цели на онкогеномиката. Покрај разбирањето на основните генетски механизми кои започнуваат или поттикнуваат напредок на ракот, онкогеномиката цели на личен третман за рак. Ракот се развива поради мутации на ДНК и епигенетски промени кои се собирани случајно. Идентификувањето и насочувањето на мутациите кај поединечен пациент може да доведе до зголемена ефикасност на третманот.
Завршувањето на Проектот за човечкиот геном го олеснило полето на онкогеномиката и ги зголемило способностите на истражувачите да пронајдат онкогени. Технологиите за секвенционирање и општите техники за профилирање на метилација се применувани во проучувањето на онкогеномиката.
Историја Времето на геномиката започнало во 1990-тите, со создавање на секвенци на ДНК на многу организми. Во 21 век, завршувањето на Проектот за човечкиот геном овозможило проучување на функционалната геномика и испитување на туморски геноми. Ракот е главен фокус.
Времето на епигеномиката во голема мера започнала неодамна, околу 2000 година. Еден главен извор на епигенетски промени е изменетата метилација на цитозинско-гванинските острови кај промоторскиот регион на гените (види метилација на ДНК кај рак). Голем број на неодамна осмислени методи можат да го проценат статусот на метилација на ДНК кај ракот наспроти нормалните ткива. Некои методи ја проценуваат метилацијата на цитозини-гванини сместени во различни класи на локуси, вклучително и цитозинско-гванински острови, брегови, како и промотори, генски тела и меѓугенски региони. Ракот е исто така главен фокус на епигенетските студии.
Пристапот до секвенционирање на целиот геном на ракот е важен за истражувањето на ракот (или геномот на ракот), бидејќи:
Мутациите се непосредна причина за рак и го дефинираат фенотипот на туморот. Пристапот до примероци од ракородни и нормални ткива од ист пациент и фактот дека повеќето мутации на рак претставуваат соматски настани, овозможуваат идентификација на мутации специфични за ракот. Мутациите на ракот се собирани и понекогаш се поврзани со фазата на болеста. Се разликувани метастази и отпорност на лекови.
Пристапот до профилирање на метилација е важен за истражување на ракот бидејќи:
Епигенетскиот ген, заедно со мутацискиот ген, можат да дејствуваат како непосредни причинители на рак Епимутациите на ракот се собирани и понекогаш се поврзани со фазата на болеста
Секвенционирање на целиот геном Првиот геном со рак бил секвенциониран во 2008 година. Оваа студија секвенционира вообичаен геном на акутна миелоидна леукемија и неговиот нормален геном добиен од истиот пациент. Споредбата открила десет мутирани гени. Веќе било сметано дека два придонесуваат за напредокот на туморот: внатрешно тандемско удвојување на генот на тирозинска киназа на рецепторот FLT3, кој го активира сигнализирањето на киназата и е поврзан со лоша прогноза и вметнување четири бази во егзонот 12 на генот NPM1 (нуклеофозмин ц). Овие мутации се наоѓаат во 25-30% од туморите на акутната миелоидна леукемија и е сметано дека придонесуваат за напредокот на болеста наместо директно да ја предизвикаат.
Останатите 8 биле нови мутации и сите биле промени во една база: четири биле во семејства кои се силно поврзани со патогенезата на ракот (PTPRT, CDH24, PCLKC и SLC15A1). Останатите четири немале претходна поврзаност со патогенезата на ракот. Тие навистина имале потенцијални функции во метаболичките патишта кои наведувале механизми со кои тие би можеле да дејствуваат за да го промовираат ракот (KNDC1, GPR124, EB12, GRINC1B).
Овие гени се вклучени во патишта за кои е познато дека придонесуваат за патогенезата на ракот, но пред оваа студија повеќето не би биле кандидати за насочена генска терапија. Оваа анализа го потврдила пристапот на секвенционирање на геномот на целиот рак во идентификувањето на соматските мутации и важноста на напореднито секвенционирање на геномите на нормалните и туморските клетки.
Во 2011 година, геномот на исклучителен пациент со рак на мочниот меур чиј тумор бил елиминиран со лекот еверолимус бил секвенциониран, откривајќи мутации во два гени, TSC1 и NF2. Мутациите ја дерегулирале mTOR, белковината инхибиран од еверолимус, овозможувајќи му да се размножува без ограничување. Како резултат на тоа, во 2015 година, во Националниот институт за рак на Соединетите Држави, била создадена Иницијативата за исклучителни одговори. Иницијативата им овозможува на таквите исклучителни пациенти (кои позитивно реагирале најмалку шест месеци на лек за рак кој обично не успева) да ги секвенционираат нивните геноми за да бидат идентификувани релевантните мутации. Откако ќе бидат идентификувани, другите пациенти би можеле да бидат скринирани за тие мутации и потоа да им се даде лекот. Во 2016 година За таа цел, во 2015 година започнало национално испитување на лекови за рак, во кое биле вклучени до дваесет и четиристотини центри. Пациентите со соодветни мутации се совпаѓани со еден од повеќе од четириесет лекови.
Во 2014 година, Центарот за молекуларна онкологија го промовирал тестот MSK-IMPACT, алатка за преглед што бара мутации во 341 ген поврзани со ракот. До 2015 година биле прегледани повеќе од пет илјади пациенти. Пациентите со соодветни мутации имаат право да се запишат во клинички испитувања кои обезбедуваат насочена терапија.
Технологии мини|600x600пкс| Тековни технологии кои се користени во онкогеномиката. Геномичките технологии се:
Секвенционирање на геномот
Секвенционирање на ДНК: Секвенционерите засновани на пиросеквенционирање нудат релативно евтин метод за создавање податоци за секвенцата. Споредбена геномска хибридизација на низа: Оваа техника ги мери разликите во бројот на копии на ДНК помеѓу нормалниот и ракородниот геном. Го користи интензитетот на флуоресценција од примероците означени со флуоресцентни, кои се хибридизираат со познати сонди на микрочип. Анализа на претставителен олигонуклеотиден микрочип: Открива варијација на бројот на копии со помош на засилени геномски фрагменти сварени со ограничување кои се хибридизирани со човечки олигонуклеотиди, постигнувајќи резолуција помеѓу 30 и 35 kbit/с. Дигитално кариотипирање: Открива варијација на бројот на копии со помош на геномични ознаки добиени преку варење со рестрикциони ензими. Овие ознаки потоа се поврзувани со дигитални ознаки, се спојувани, клонирани, секвенционирани и картирани назад во референтниот геном за да биде оценета густината на ознаката. Завршно секвенционирање на бактериски вештачки хромозом (профилирање на завршна секвенца): Ги идентификува хромозомските точки на прекин со создавање на библиотека на бактериски вештачки хромозом од геном на рак и секвенционирање на нивните краеви. Клоновите со бактериски вештачки хромозом, кои содржат хромозомски аберации имаат завршни секвенци кои не се картирани на сличен регион на референтниот геном, со што е идентификувана хромозомската точка на прекин.
Транскриптоми
Микрочипови: Проценка на изобилството на препис (транскриптом). Корисно во класификацијата, прогнозата, ја зголемува можноста за пристапи на диференцијален третман и помагаат во идентификација на мутации во регионите за кодирање на белковините. Релативното изобилство на алтернативни преписи станала важна особина на истражувањето на ракот. Посебни алтернативни облици на транскрипт корелираат со специфични видови рак. Секвенционирање на РНК
Биоинформатика и функционална анализа на онкогени Биоинформатичките технологии овозможуваат статистичка анализа на геномските податоци. Функционалните особини на онкогените допрва треба да бидат утврдени. Потенцијалните функции ги вклучуваат нивните преобразувачки способности кои се однесуваат на создавање тумор и специфични улоги во секоја фаза од развојот на ракот.
По откривањето на соматски мутации на рак во група примероци од рак, може да бидат спроведени биоинформатички сметачки анализи за да бидат идентификувани веројатните функционални и веројатни мутации на двигател. Постојат три главни пристапи кои рутински се користени за оваа идентификација: картирање на мутации, проценка на ефектот на мутација на функцијата на протеин или регулаторен елемент и пронаоѓање знаци на позитивно одбирање кај група тумори. Пристапите не се нужно последователни, меѓутоа, постојат важни односи на првенство помеѓу елементите од различните пристапи. На секој чекор се користени различни алатки.
Оперомика Оперомиката има за цел да интегрира геномика, транскриптомика и протеомика за да ги разбере молекуларните механизми кои се во основата на развојот на ракот.
Споредбена онкогеномика Споредбената онкогеномика користи споредби меѓу видовите за да бидат идентификувани онкогените. Ова истражување вклучува проучување на геномите на ракот, транскриптомите и протеомите кај моделните организми како што се глувците, идентификување на потенцијалните онкогени и упатување назад кон примероците на човечки рак за да биде видено дали хомолозите на овие онкогени се важни за предизвикување рак кај луѓето. Генетските промени кај моделите на глувци се слични на оние кои се наоѓаат кај човечките ракови. Овие модели се создавани со методи, вклучувајќи мутагенеза на ретровирусно вметнување или пресадување на ракородни клетки.
Извор на мутации на двигател на ракот, мутагенеза на ракот Мутациите обезбедуваат суровина за природно одбирање во еволуцијата и можат да бидат предизвикани од грешки во репликацијата на ДНК, дејството на егзогените мутагени или ендогеното оштетување на ДНК. Машинеријата за репликација и одржување на геномот може да биде оштетена од мутации или изменета од физиолошки услови и диференцијални нивоа на изразување кај ракот.
Како што е наведено од Гао и колегите, стабилноста и интегритетот на човечкиот геном се одржувани со системот за одговор на оштетување на ДНК. Непоправеното оштетување на ДНК е главна причина за мутации кои предизвикуваат создавање рак (канцерогенеза). Ако поправката на ДНК е дефицитарна, оштетувањето на ДНК има тежнеење да се насобира. Ваквото прекумерно оштетување на ДНК може да ги зголеми мутационите грешки за време на репликацијата на ДНК поради синтезата на транслезија склона кон грешки. Вишокот на оштетување на ДНК, исто така, може да ги зголеми епигенетските промени поради грешки при поправка на ДНК. Ваквите мутации и епигенетски промени може да доведат до рак. Гените со одговор на оштетување на ДНК често се потиснати кај човечкиот рак со епигенетски механизми. Таквата репресија може да вклучи метилација на ДНК на промоторните региони или репресија на гените со одговор на оштетување на ДНК од микро РНК. Епигенетската репресија на гените со одговор на оштетување на ДНК се јавува почесто од генската мутација кај многу видови рак (види епигенетика на ракот). Така, епигенетската репресија често игра поважна улога од мутацијата во намалувањето на изразувањето на гените со одговор на оштетување на ДНК. Оваа намалена експресија на гените со одговор на оштетување на ДНК е веројатно важен двигател на создавањето рак.