Langsung ke konten utama

Proyek-proyek Besar Meluncur untuk Memburu Sekuens Genome Kanker

loading...
bisnis online
(KeSimpulan) Database akan segera dibanjiri dengan urutan genome (genome sequences) dari 25.000 tumor. Heidi Ledford melihat para peneliti menghadapi kendala ketika mereka mencari makna dalam data. Ketika pertama kali ditemukan (pada tahun 2006) dalam 35 studi kanker kolorektal, mutasi pada sidik gen IDH1 tampaknya memiliki sedikit konsekuensi, hanya salah satu sampel tumor dan kemudian menganalisa sekitar 300 lebih terungkap tidak ada mutasi gen tambahan.

Perubahan mutasi hanya satu sidik IDH1 yang mengkodekan isocitrate dehydrogenase, suatu enzim yang terlibat dalam metabolisme rendah. Dan ada banyak mutasi lain yang dipelajari pada 13.000 urutan gen dari sampel masing-masing. "Tidak ada yang akan diharapkan bahwa IDH1 menjadi penting dalam kanker," kata Victor Velculescu, peneliti dari Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center di Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, yang ikut memberikan kontribusi untuk penelitian.

Tetapi sebagai upaya untuk memperluas urutan DNA tumor, mutasi IDH1 muncul lagi yaitu 12% dari sampel jenis kanker otak yang disebut glioblastoma multiforme, kemudian 8% sampel myeloid leukaemia akut. Struktural studi menunjukkan bahwa mutasi mengubah aktivitas isocitrate dehydrogenase yang menyebabkan kanker mempromosikan metabolit untuk terakumulasi dalam sel-sel. Dan setidaknya satu perusahaan farmasi (Agios Pharmaceuticals di Cambridge, Massachusetts) sudah berburu obat untuk menghentikan proses tersebut.

Empat tahun setelah temuan awal, pertanyaan seorang peneliti kanker tentang cancer genome projects yang sangat berharga dan mungkin akan banyak menguak munculnya mutasi IDH1, seperti menyisir jarum dari tumpukan jerami terkait mutasi untuk sekuensing genome berkekuatan tinggi. Dalam dua tahun terakhir, laboratorium di seluruh dunia telah bekerja sama untuk urutan DNA dari ribuan tumor bersama dengan sel-sel sehat dari individu-individu yang sama. Sekitar 75 genome kanker telah diurutkan sampai batas tertentu dan diterbitkan, peneliti berharap untuk memiliki beberapa ratus urutan setelah selesai pada akhir tahun ini.

Upaya mengungkap jarun dari jerami yang tentu lebih besar. Membandingkan urutan gen tumor apapun dari sel normal untuk mengungkapkan puluhan perubahan kode huruf tunggal (titik mutasi) bersama dengan repetisi, terhapus, atau pertukaran urutan terbalik. "Kesulitan, di mana mencari tahu bagaimana menggunakan informasi tersebut untuk membantu orang bukan hanya banyak katalog dan banyak mutasi," kata Bert Vogelstein, peneliti kanker dari Ludwig Center for Cancer Genetics and Therapeutics di Johns Hopkins.

Tidak peduli betapa miripnya mereka yang mungkin terlihat secara klinis, tumor yang paling tampak berbeda secara genetik. Upaya ini sudah saatnya untuk membedakan mutasi yang menyebabkan dan mempercepat kanker (driver produksi pertumbuhan kanker dan gagalnya mekanisme perbaikan DNA). Peneliti dapat mencari mutasi yang muncul lagi dan muncul lagi, atau dapat mengidentifikasi jalur-jalur kunci yang bermutasi pada titik-titik poin yang berbeda.

Tapi proyek tersebut memberikan lebih banyak pertanyaan daripada jawaban. "Setelah mengambil beberapa mutasi yang jelas di bagian atas daftar, bagaimana anda dapat memasuki akal mereka? Bagaimana anda memutuskan mana yang layak untuk ditindaklanjuti dan analisis fungsional akan menjadi bagian yang sulit?" tanya Will Parsons, onkolog paediatrik dari Baylor College of Medicine di Houston, Texas.

Karena kanker merupakan penyakit yang sangat erat terkait dengan mutasi genetik, banyak pemikiran akan setuju untuk eksplorasi genome melalui inisiatif yang berdasarkan model kolaborasi dari Human Genome Project. International Cancer Genome Consortium (ICGC) dibentuk pada tahun 2008 untuk mengkoordinasikan upaya mengurutkan 500 dari masing-masing 50 tumor kanker. Bersama-sama, proyek ini menelan biaya US$1 miliar.

Sebelas negara telah menandatangani mencakup lebih dari 20 kanker. ICGC termasuk dua tahun sebelumnya dengan proyek-proyek berskala besar seperti Cancer Genome Project di Wellcome Trust Sanger Institute di dekat Cambridge, Inggris, dan US National Institutes of Health's Cancer Genome Atlas (TCGA).

Cancer Genome Project telah melilit lebih dari 100 genome parsial dan sekitar 15 genome utuh dalam berbagai tahap penyelesaian, dan bermaksud untuk mencanangkan 2.000-3.000 lebih selama 5-7 tahun ke depan. Sementara itu, TCGA selama tiga tahun, melakukan tiga proyek percontohan kanker yang sudah dimulai setahun lalu, kemudian mencanangkan upaya besar-besaran terhadap urutan sampai 500 tumor dari masing-masing lebih dari 20 kanker selama lima tahun ke depan.

Meskipun kelompok yang berkolaborasi, TCGA belum dapat sepenuhnya bergabung dengan ICGC karena perbedaan dalam peraturan privasi yang mengatur akses data genome. Untuk saat ini, anggota konsorsium adalah urutan kedua subset dari sampel tumor dari setiap jenis kanker (sekitar 100) dan akan mengikuti sekuensing pada daerah ini dengan berjanji menyelesaikan sisanya (400). Ini berguna, "pada hari-hari awal, saya berpikir bahwa melakukan beberapa ratus tumor mungkin akan cukup. Bahkan pada tingkat 1.000 sampel, saya pikir kami mungkin tidak akan memiliki statistik yang kita inginkan," Joe Gray, peneliti kanker dari Lawrence Berkeley National Laboratory di California.

Apa angka yang lebih besar dapat memberikan driver mutasi lebih seperti yang terjadi pada IDH1?. Para peneliti berpendapat bahwa hal itu dapat saja terjadi, memberikan rute yang paling jelas untuk mengembangkan terapi kanker baru. Banyak ilmuwan mencari mutasi yang terjadi berulang kali dalam tipe tumor tertentu. "Jika ada banyak dan banyak kelainan gen tertentu, penjelasan yang paling mungkin adalah mereka sering bermutasi, karena itu mereka penyebab kanker," kata Michael Stratton, yang ikut mengarahkan Cancer Genome Project.

Pendekatan ini telah bekerja dengan baik dalam beberapa jenis kanker. Misalnya dengan frekuensi 12%, jelas bahwa mutasi IDH1 adalah driver di glioblastoma. Pencarian tersebut harus bermanfaat untuk kanker yang memiliki sedikit mutasi secara keseluruhan. Urutan genome lengkap dari sel-sel myeloid leukaemia akut yang dihasilkan hanya sepuluh mutasi pada gen pengkode protein, delapan dari yang sebelumnya tidak dikaitkan dengan kanker.

Kanker lain telah terbukti lebih menantang. IDH1 dilewati pada awalnya, berdasarkan data kanker kolorektal sendiri. Bukan pencarian diperluas untuk kanker lain yang penting untuk diungkap. Selain itu, beberapa mutasi terbukti menjadi driver tidak muncul sesering yang diperkirakan. "Ini sangat jelas, sekarang bahwa semua gen telah diurutkan pada banyak tumor ini, anda memiliki driver yang bermutasi pada frekuensi yang sangat rendah dalam waktu kurang dari 1% dari kanker," kata Vogelstein.

Untuk mencari driver-driver berfrekuensi rendah ini, peneliti melakukan sampling sekuensing 500 sampel per kanker untuk mengungkapkan mutasi yang hadir untuk sedikitnya 3% dari tumor. Meskipun mereka tidak dapat berkontribusi pada sebagian besar tumor, namun mungkin masih memiliki sumbangan biologi penting. "Kita perlu tahu tentang ini untuk memahami lanskap genome keseluruhan kanker," kata Stratton.

Pendekatan lain yang populer untuk mencari kluster mutasi pada sebuah jalur, sekelompok gen bekerja sama untuk melakukan proses tertentu, bahkan jika mutasi menyerang suatu daerah pada titik yang berbeda. Dalam sebuah analisis dari 24 kanker pankreas, misalnya, Vogelstein dan rekan-rekannya mengidentifikasi 12 jalur sinyal yang telah berubah.

Namun demikian, Vogelstein memperingatkan bahwa pendekatan ini tidak mudah. Banyak jalur yang tumpang tindih dan batasan tidak jelas. Dan karena banyak telah diidefinisikan dengan menggunakan data dari binatang yang berbeda atau jenis sel, mereka tidak selalu sesuai dengan apa yang ditemukan di dalam jaringan tertentu pada manusia. "Ketika anda melihat lapisan fakta bahwa sel kanker tidak sama terhubung dengan sel normal yang bahkan menimbulkan kesulitan lebih lanjut," kata Vogelstein.

Memisahkan pengemudi dari penumpang akan menyulitkan peneliti untuk bergerak menuju sekuensing genome seluruh tumor. Untuk saat ini, hanya sebagian kecil dari genome kanker yang diurutkan lengkap. Untuk menjaga biaya tetap rendah, sebagian besar hanya ditutupi exome, 1,5% dari genome yang langsung mengkode protein dan karena itu yang paling mudah untuk ditafsirkan. Menetapkan pentingnya mutasi yang ditemukan di kedalaman non-protein-coding dari genome akan lebih menantang, terutama mengingat bahwa para ilmuwan belum tahu apa fungsinya (jika ada), sebagian besar daerah ini berpengaruh, ebagian besar mutasi jatuh di sini.

Urutan genome lengkap garis sel kanker paru-paru, misalnya, menghasilkan 22.910 titik mutasi, hanya 134 titik yang berada di daerah pengkode protein. Namun demikian, untuk menemukannya akan setimpal dengan biaya dan usaha. "Bisa jadi tidak ada mutasi yang relevan dengan penyebab kanker. Tapi itu juga bisa terjadi bahwa beberapa orang tidak akan pernah tahu kecuali kita secara sistematis menelitinya," kata Stratton.

Tidak semua orang setuju. Beberapa peneliti berpendapat bahwa biaya proyek genome kanker saat ini lebih besar daripada manfaatnya. Harga akan siap turun drastis dalam beberapa tahun ke depan setelah generasi baru mesin sekuensing datang. "Mengapa tidak menunggu untuk itu?" kata Ari Melnick, peneliti kanker dari Weill Cornell Medical College di New York.

Sementara itu ada buah yang tergantung rendah di pohon untuk dipilih. Mutasi yang mempengaruhi bagaimana banyak salinan gen ditemukan di genome lebih murah untuk menilai dan memberikan wawasan yang lebih intuitif dalam proses biologi. "Jika anda menghapus sesuatu, anda dapat mengaktifkannya lagi dengan sangat efisien. Dan kalau anda menguatkan sesuatu, anda dapat meningkatkan aliran melalui jalur yang membuat titik mutasi pada gen untuk mengaktifkannya," Stephen Elledge, genetikawan dari Harvard Medical School di Boston, Massachusetts.

Perubahan dalam jumlah salinan gen dapat dideteksi dengan cepat, array berbasis teknologi yang relatif murah, tapi sekuensing dapat memberikan gambaran yang lebih tinggi dengan resolusi wilayah tersebut, kata Elaine Mardis, spesialis sequencing dari Washington University di St Louis, Missouri. Sekuensing dapat memungkinkan para peneliti untuk memetakan batas-batas insersi dan duplikasi dengan lebih presisi dan menangkap duplikasi atau penghapusan kecil yang mungkin telah terdeteksi oleh array.

Mardis bersama dengan rekannya Richard Wilson dan lain-lainnya, menggunakannya untuk mendeteksi urutan penghapusan yang tumpang tindih dalam kanker payudara yang telah menyebar ke bagian lain dari tubuh. Penghapusan membentang pada wilayah yang mengandung CTNNA1, gen untuk menekan penyebaran (metastasis) kanker.

Sementara itu, genomika kanker semakin sibuk, proyek-proyek besar yang terpusat. Sebagai contoh, proyek genome kanker anak selama tiga tahun senilai $65 juta yang dipimpin oleh para peneliti di St Jude Children's Research Hospital di Memphis, Tennessee, dan Washington University bertujuan untuk mengurutkan 600 tumor. Dan proyek-proyek kecil tampaknya lebih siap muncul. "Begitulah setiap pusat kanker dengan kepentingan dalam genomika kanker sekarang ini membeli sequencer dan menggunakannya," kata Sam Aparicio, peneliti kanker dari University of British Columbia di Vancouver, Kanada.

Sebagian alasan yang pendukung genome kanker dan tidak ingin menunggu turunnya biaya sequencing karena pekerjaan yang sebenarnya dimulai setelah pengurutan selesai. "Pada akhirnya akan menempuh jalur biologi kuno yang baik dan analisis eksperimental untuk benar-benar menentukan apa yang dilakukan oleh mutasi," kata Velculescu. Dengan pemikiran ini, US National Cancer Institute mendirikan dua proyek selama 2 tahun pada bulan September tahun lalu untuk mengembangkan metode tinggi dalam menguji bagaimana mutasi diidentifikasi oleh pilot proyek TCGA dalam melihat fungsi sel.

Dua pusat laboratorium (satu di Dana-Farber Cancer Center di Boston, dan satu lagi di Cold Spring Harbor Laboratory di New York) bertujuan untuk sistematisasi cara peneliti menarik jarum seperti mutasi IDH1 dari tumpukan jerami genome kanker. Tim Boston secara sistematis akan menjelaskan dan mengurangi ekspresi gen dalam kultur sel, sedangkan Cold Spring Harbor Laboratory akan mempelajari mutasi kanker yang berhubungan dengan tumor yang ditransplantasi ke tikus.

Selain itu, proyek-proyek berskala besar sedang berjalan secara paralel dengan konsorsium sekuens kanker untuk menilai efek dari penghapusan setiap gen dalam genome tikus, memungkinkan peneliti untuk mempelajari lebih lanjut tentang fungsi normal gen yang bermutasi pada kanker. Peneliti telah menyadari sequencing dengan baik, tapi tidak akan cukup. "Beberapa orang mengatakan statistik sebagai kendali. Saya tidak setuju dengan itu. Pada akhir hari, kita perlu studi-studi fungsional ini untuk memprioritaskan daftar calon potensi kanker yang relevan," kata Lynda Chin, peneliti TCGA dari Harvard Medical School.
  1. Sjöblom, T. et al. Science 314, 268-274 (2006).
  2. Parsons, D. W. et al. Science 321, 1807-1812 (2008).
  3. Mardis, E. R. et al. N. Engl. J. Med. 361, 1058-1066 (2009).
  4. Dang, L. et al. Nature 462, 739-744 (2009).
  5. Ley, T. J. et al. Nature 456, 66-72 (2008).
  6. Jones, S. et al. Science 321, 1801-1806 (2008).
  7. Pleasance, E. D. et al. Nature 463, 184-190 (2010).
  8. Ding, L. et al. Nature 464, 999-1005 (2010).
  9. Heidi Ledford, 14 April 2010 | Nature 464, 972-974 (2010) | doi:10.1038/464972a
Download PDF Genome Kanker dari www.Nature.com
bisnis online
Ikuti sains dan teknologi terkini di: Laporan Penelitian. Update via: Google+ Twitter Facebook Pinterest YouTube
Kesimpulan.com menerima konten tentang teknologi, sains, lingkungan dan bisnis dari siapa saja. Kami siap untuk publikasi dan press release. Informasi lanjut kunjungi laman ini.

Komentar