התפקיד הנסתר של מקטעי ה-SST1/NBL2 בסרטן ובחוסר יציבות גנומית

במשך עשרות שנים, חלקים נרחבים מהגנום האנושי סווגו כ"DNA זבל" – רצפים חוזרניים שנראו חסרי כל תפקיד. בקטגוריה הזו נכללו ה-SST1/NBL2, מקטעי DNA ייחודיים לפרימטים, הבנויים מיחידות החוזרות על עצמן שוב ושוב, וממוקמים ליד הצנטרומרים של הכרומוזומים האקרוצנטריים שלנו (13, 14, 15, 21 ו-22). אך מחקר חדשני, המונע מכוחן של טכנולוגיות ריצוף מתקדמות, מאלץ את עולם המדע לחשוב מחדש על האזורים הללו, שכעת מיוחסים להם תפקידים בסרטן, בשחלופים כרומוזומליים, ואף בחלק מהמקרים של תסמונת דאון .

מהם מקרוסטלייטים SST1/NBL2?

מקרוסטלייטים הם בלוקים גדולים במיוחד של DNA חוזרני. המקרוסטלייט NBL2, למשל, מורכב מיחידות של 1.4 אלף זוגות בסיסים החוזרות על עצמן מספר לא ידוע של פעמים בכרומוזומים 13, 14, 15 ו-21 . במשך שנים, גודלם העצום ואופיים החזרתי של אזורים אלו הפכו אותם לבלתי ניתנים להרכבה או למחקר באמצעות טכנולוגיות ריצוף מהדור הקודם, שהיו קוראות מקטעים קצרים. למעשה, הם היו בלתי נראים לחלוטין .

כל זה השתנה עם הבשלתן של פלטפורמות הריצוף הארוך. מכשירים כמו אלו של חברות Oxford Nanopore ו-PacBio מייצרים מקטעי קריאה ארוכים מספיק כדי לגשר על פני מערכים חוזרניים שלמים. בנוסף, קונסורציום ה-Telomere-to-Telomere (T2T) הצליח להרכיב גנומים אנושיים שלמים הכוללים לראשונה את האזורים הללו בדיוק רב .

הקשר המפתיע לסרטן

אחת התגליות הבולטות היא שמקטעי SST1/NBL2 עוברים לעיתים קרובות דה-מתילציה בגידולים סרטניים – אובדן של קבוצות מתיל כימיות שהוא אחד השינויים האפיגנטיים הנפוצים ביותר בסרטן אנושי . דה-מתילציה זו "מעירה" את המקטעים הרדומים. כאשר ההשתקה האפיגנטית שלהם מוסרת, האזורים הללו עוברים שיעתוק באופן פעיל .

שעתוק זה מייצר מולקולה שלא הייתה מוכרת קודם לכן: RNA ארוך לא מקודד בשם TNBL (ראשי תיבות של Tumor-associated NBL2 transcript). מחקרים מראים כי TNBL יוצר צברים באזור הפקעור הגרעיני ומקיים אינטראקציה פיזית עם חלבונים המעורבים בתהליכים תאיים קריטיים, בהם פקטור השחבור SAM68 ורכיבים במסלול תגובת הנזק ל-DNA .

עם זאת, החוקרים מדגישים כי טרם הוכח קשר סיבתי ישיר. לא ברור עדיין אם TNBL מעודד באופן פעיל התפתחות גידולים, או שמא הוא רק תוצר לוואי של הכאוס האפיגנטי רחב-ההיקף המאפיין תאים סרטניים .

שחלופים רוברטסוניים ותסמונת דאון

רצפי SST1/NBL2 שוכנים בזרועות הקצרות של הכרומוזומים האקרוצנטריים – אזורים הידועים כ"נקודות חמות" לשחלופים רוברטסוניים. זהו השחלוף הכרומוזומלי המבני השכיח ביותר בבני אדם, המתרחש כאשר שני כרומוזומים אקרוצנטריים מתחברים באזור הצנטרומר שלהם. כאשר התהליך מערב את כרומוזום 21, התוצאה עלולה להיות צורה תורשתית של טריזומיה 21, האחראית למיעוט (כ-4%) ממקרי תסמונת דאון .

המידע החדש ממקם את SST1/NBL2 כסמן לאזורים גנומיים הפגיעים מבחינה מבנית. אמנם לא הוכח שהרצפים עצמם הם הגורם הישיר לשחלופים הללו, אך נוכחותם ומצבם האפיגנטי עשויים להשפיע על יציבות מבנה הכרומטין בסביבתם .

כיצד טכנולוגיית הריצוף הארוך פתחה את הדלת

תחום מחקר זה כולו לא היה אפשרי לפני שריצוף ארוך הבשיל. טכנולוגיות ריצוף מהדור הקודם, המבוססות על מקטעים קצרים, מפרקות את ה-DNA לפיסות קטנות מכדי לגשר על מערכים חוזרניים ארוכים, מה שגורם לקריאות לקרוס או להיזרק במהלך תהליך ההרכבה. ההתקדמויות הטכניות ששינו את כללי המשחק כוללות:

• הרכבות גנום שלמות: גנום הייחוס האנושי T2T, שנבנה בעיקר בעזרת מידע מטכנולוגיות PacBio HiFi ו-Oxford Nanopore, סגר סוף-סוף את הפערים בזרועות הקצרות של הכרומוזומים האקרוצנטריים, שם שוכנים SST1/NBL2 .
• זיהוי ישיר של שינויים מבניים: מחקרים השתמשו בריצוף Nanopore בכיסוי נמוך כדי לאתר במדויק נקודות שבירה של שחלופים מאוזנים באזורים חוזרניים, ששיטות ישנות כמו FISH וריצוף מקטעים קצרים החמיצו .
• גילוי שעתוקים חוזרניים: היכולת של ננופור לרצף מולקולות RNA באורך מלא – ללא צורך בשלב ההרכבה הנדרש בריצוף RNA במקטעים קצרים – מאפשרת לחוקרים לזהות שעתוקים שמקורם במקטעים חוזרניים, כמו TNBL, שהיו בלתי נראים אחרת .

הדרך קדימה: מסמנים ביולוגיים ומעבר לכך

המחקר עדיין נמצא בשלב גילוי בסיסי, אך ההשלכות הקליניות כבר משורטטות. אם יוכח של-TNBL או ל-RNA אחרים שמקורם במקרוסטלייטים יש תרומה תפקודית לסרטן, הם יוכלו לשמש כסמנים ביולוגיים למחלה – אותות הניתנים לזיהוי בדם או ברקמה – או אפילו כנקודות תורפה טיפוליות. האינטראקציות עם מערכות השחבור ותיקון ה-DNA מרמזות על מסלולים שעשויים להיות בני-פעולה תרופתית .

ריצוף ארוך מאפשר כעת לחקור את השונות האנושית הטבעית באזורים הללו – הבדלים במספר העותקים, ברמות המתילציה ובביטוי בין פרטים שונים ובין גידולים – מידע שיהיה חיוני להבנת המשמעות הביולוגית שלהם .

נכון לעכשיו, סיפורם של המקרוסטלייטים SST1/NBL2 משמש כתזכורת עוצמתית לכך שפרקים משמעותיים בגנום שלנו טרם נקראו. הכלים הדרושים לקריאתם הגיעו סוף-סוף.