นักวิทย์ไขปริศนาโครโมโซมยักษ์ "แฟรงเกนสไตน์" ในเซลล์มะเร็ง

By: terminus
Writer
on Sun, 30/11/2014 - 22:34

บางครั้งเมื่อนักวิทยาศาสตร์สกัดเซลล์มะเร็งมาตรวจวิเคราะห์ พวกเขาจะเจอโครงสร้างโครโมโซมขนาดใหญ่น่าเกลียดน่ากลัวที่ประกอบขึ้นด้วยเศษของ DNA จากโครโมโซมหลายชิ้น นักวิทยาศาสตร์เรียกโครโมโซมประหลาดนี้ว่า "Neochromosome" เซลล์มะเร็งประมาณ 3% จะมี neochromosome อยู่ในเซลล์โดยเฉพาะมะเร็งประเภท sarcoma และมะเร็งเม็ดเลือดหรือสมองบางชนิด

ตามปกติ โครโมโซมแต่ละแท่งจะมีส่วนปลายที่เรียกว่า telomere ปิดปลายทั้งสองด้านไว้เรียบร้อย ดังนั้นโอกาสที่โครโมโซมสองแท่งจะมาต่อกันเองจึงเกิดขึ้นได้น้อยมาก ไม่ต้องพูดถึงการที่จะมีโครโมโซมหลายๆ แท่งมาต่อกันเป็นปิศาจแฟรงเกนสไตน์เลย หรือหากโครโมโซมเสียหายเองจนมีเศษหลุดล่องกระจัดกระจาย เศษโครโมโซมชิ้นเล็กน้อยเหล่านั้นก็จะโดนเอนไซม์กำจัดอยู่แล้ว โอกาสที่จะมีเศษโครโมโซมลอยอยู่จำนวนมากและนานพอจนมาประกบประกอบร่างกันเองนั้นน้อยยิ่งกว่าเสียอีก นักวิทยาศาสตร์จึงสงสัยเหลือเกินว่า neochromosome เกิดขึ้นได้อย่างไร

นักวิจัยจากสถาบันทางการแพทย์ของออสเตรเลียสามแห่ง ได้แก่ Peter MacCallum Cancer Centre, Walter and Eliza Hall Institute of Medical Research และ Garvan Institute of Medical Research ร่วมมือกันวิเคราะห์ neochromosome จากเซลล์มะเร็ง liposarcoma (มะเร็งของเนื้อเยื่อไขมัน) จากนั้นก็นำไปสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อที่จะสืบย้อนดูเส้นทางการกำเนิดของ neochromosome

พวกเขาค้นพบว่า neochromosome ใน liposarcoma เริ่มต้นจากการแตกกระจัดกระจาย (chromothripsis) ของแขนด้านยาวของโครโมโซมคู่ที่ 12 ซึ่งจะปลดปล่อยเศษ DNA ชิ้นเล็กๆ จำนวนมากออกมา กลไกการซ่อมแซม DNA จะพยายามจับเศษ DNA เหล่านี้มาเชื่อมต่อกันซึ่งก็ไม่ได้ช่วยทำให้ได้ DNA ที่สมบูรณ์กลับมาหรอก ส่วนใหญ่ก็เชื่อมกันมั่วๆ สลับโน่นนี่หรือชิ้นส่วนตกหายขาดไป สาย DNA พิการที่ผ่านการซ่อมแซมมักจะโดนทำลายในภายหลัง แต่บางครั้งสาย DNA บางสายจะหลุดรอดและมีโอกาสค่อนข้างสูงที่ปลายสายของ DNA พวกนี้จะจับประกบกันเกิดเป็นสาย DNA วงกลมเนื่องจากปลายทั้งสองด้านของสาย DNA ไม่มี telomere ปิดแล้ว

หากสาย DNA วงกลมรอดมาจนถึงระยะแบ่งเซลล์ มันก็จะจำลองตัวเองเหมือน DNA ปกติ ถ้าสายนั้นเป็นวงขนาดเล็กๆ และเซลล์นั้นโชคดีมากๆ สาย DNA วงกลมก็จะไม่เกิดการไขว้ (crossing over) กันเลย ทำให้ได้ออกมาเป็นสาย DNA วงกลมที่เหมือนกันทุกประการ 2 วง แต่ละวงก็จะถูกดึงไปอยู่ในเซลล์ใหม่แต่ละเซลล์ แต่หากสาย DNA วงกลมบังเอิญไขว้กันเองระหว่างการแบ่งเซลล์ ผลที่ได้ก็จะเป็นวง DNA วงเดียวที่ใหญ่กว่าเดิมสองเท่า พอมันถูกดึงแยก มันก็จะขาดอย่างไม่สมมาตร ได้เป็นสาย DNA เส้นยาวกับสาย DNA เส้นสั้น แบ่งกันไปอยู่คนละเซลล์ เรียกกระบวนการนี้ว่า "Circular breakage-fusion bridge" ทีนี้สาย DNA เส้นยาวก็มีโอกาสสูงที่จะประกบปลายกันเป็นวงกลมอีกครั้ง พร้อมสำหรับการวนวัฏจักรเดิมอีกรอบ ผ่านไปหลายรอบ สาย DNA วงกลมก็จะเป็นวงใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ แถมระหว่างทางมันก็ยังมีโอกาสที่จะรับเอาเศษ DNA ที่เกิดจากการแตกหรือตกหล่นของโครโมโซมแท่งอื่นๆ มารวมอีก ในที่สุดเมื่อมันรับเอาเศษ telomere เข้ามาโดยบังเอิญ วง DNA ก็จะสยายตัวออกและขดรวมกับโปรตีนกลายเป็นแท่งโครโมโซมปิศาจที่เรียกว่า neochromosome นั่นเอง บางครั้ง neochromosome อาจจะมีขนาดได้ถึง 600 ล้านคู่เบส (เทียบกับ ~250 ล้านคู่เบสของโครโมโซมคู่ที่ 1 ซึ่งเป็นโครโมโซมแท่งที่ใหญ่ที่สุด)

ที่น่าตกใจยิ่งกว่าขนาดของมัน คือ ยีนที่อยู่ใน neochromosome เนื่องจากนักวิจัยพบว่ายีนหลายตัวที่สนับสนุนการเติบโตของเซลล์มะเร็งมีการเพิ่มจำนวนชุดตัวเองมากมายใน neochromosome นี่แสดงให้เห็นว่า neochromosome ไม่ได้เกิดจากการกวาดรวบเศษ DNA มาอย่างสั่วๆ ในกระบวนการ Circular breakage-fusion bridge มันมีการคัดเลือกเอายีนที่ช่วยเสริมตัวเองเข้ามารวมสร้างเป็นวงไพบูลย์ขยายความยิ่งใหญ่และความอยู่รอดไปด้วยกัน

นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าหากเราโจมตีไปที่จุดอ่อนของโครโมโซมปีศาจตนนี้ เช่น การขัดขวางมันตั้งแต่เริ่มก่อตัวเป็นสายวงกลม เราก็อาจจะช่วยยับยั้งการเกิดมะเร็งบางชนิด -หรืออย่างน้อยก็ชะลอการเติบโตของเซลล์มะเร็ง- ได้บ้าง

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน Cancer Cell DOI:10.1016/j.ccell.2014.09.010

ที่มา - ScienceAlert

5 Comments

hisoft's picture

แล้วสุดท้าย ผู้ที่เสถียรกว่าก็อยู่รอด

ว่าแต่ ดูขั้นตอนที่เป็นสายแบบวงกลมก็น่าจะนานอยู่ ไม่เคยเจอตอนยังเป็นวงกลมอยู่เหรอครับ?

The Phantom Thief

terminus's picture

ผมไม่แน่ใจนะ แต่ผมคิดว่าตอนเป็นสายวงกลม circular มันเป็น DNA เกือบจะล้วนๆ ไม่มีโปรตีนเกาะเพราะเซลล์ของเราไม่มีนโยบายเอาโปรตีนของโครโมโซมไปเกาะ circular DNA ต่างจากตอนเป็นสายที่เหยียดออกเป็น linear DNA อันนี้ถึงจะมีโปรตีนไปเกาะให้มันขดเป็นแท่งโครโมโซม พอนักวิทยาศาสตร์เอามาผ่านกระบวนการย้อมสีส่องกล้อง เราจึงเห็นแต่อันที่มันกลายเป็นแท่งโครโมโซมยักษ์แล้ว ส่วนตอนเป็น circular (ต่อให้วงใหญ่แค่ไหน) มันก็มองไม่เห็น เพราะมันไม่ติดสีย้อมโครโมโซม หรือต่อให้ย้อมเพื่อสังเกต DNA ผมว่าพอส่องใต้กล้องจุลทรรศน์ มันก็แยกยากนะว่าอันไหนเป็น circular อันไหนเป็น linear ลองนึกถึงเชือกที่ยาวมากๆ ถูกเขี่ยวางมั่วๆ บนพื้นอะครับ ถ้ามองจากตึกสามสิบชั้นลงมา มันก็คงดูไม่ออกว่าปลายมันอยู่ตรงไหนและปลายมันผูกกันหรือไม่ ผลการศึกษานี้ก็ไม่ได้สังเกตเห็น circular DNA เขาแค่ทำโมเดลจากลำดับยีนที่อยู่ในโครโมโซมแล้วดูว่า scenario ไหนมันเป็นไปได้มากสุด

tanapon000's picture

เป็นการคักเลือกทางธรรมชาติ แค่เป็นการคัดเลือกคนเลว ใครเลวที่สุดอยู่รอด เลวไม่พอก็ต้องตายไป