O identyfikacji markerów prognostycznych i roli cytogenetyki w rozwoju medycyny spersonalizowanej rozmawiamy z dr. Krzysztofem Mrózkiem, specjalistą analizy cytogenetycznej białaczek i guzów litych, zajmującym się opracowywaniem wystandaryzowanych markerów diagnostycznych i prognostycznych w białaczkach szpikowych.

Dr Krzysztof Mrózek podczas konferencji „Najnowsze trendy w obszarze genetyki nowotworów”, organizowanej przez Warszawski Uniwersytet Medyczny w ramach projektu BASTION.

Biotechnologia.pl: Czym obecnie zajmuje się cytogenetyk?

Dr Krzysztof Mrózek: Jestem z wykształcenia cytogenetykiem. Wyszedłem z grupy profesora Limona w Gdańsku, a od 1991 roku pracuję z moją szefową, Profesor Clarą D. Bloomfield, w Stanach Zjednoczonych, najpierw w Buffalo, NY, a obecnie w Columbus, OH. Nasza grupa zajmuje się identyfikacją prognostycznych markerów cytogenetycznych, a ostatnio w coraz większym stopniu molekularnych. Badania molekularne staramy się prowadzić w obrębie uznanych grup cytogenetycznych pacjentów, dlatego, że ostra białaczka szpikowa, którą przede wszystkim się zajmujemy, to zespół różnych chorób o podłożu cytogenetycznym i genetycznym. Każda z tych białaczek powstaje w wyniku kombinacji lub nałożenia się szeregu nabytych zmian genetycznych. Część z nich można wykrywać mikroskopowo, tym zajmuje się cytogenetyka. Cytogenetycy widzą to co się dzieje w kariotypie. Cytogenetyka pozwala na badanie całego genomu, ponieważ u nowo przyjętych pacjentów badamy cały kariotyp i sprawdzamy czy jest on prawidłowy, czy też zawiera aberracje którejkolwiek z 22 par chromosomów autosomalnych bądź chromosomów X lub Y. Badanie cytogenetyczne jest w stanie stwierdzić wszystkie wykrywalne mikroskopowo aberracje, ale oczywiście nie jest w stanie wykryć obecności mutacji genowych.

Jakie miejsce zajmuje cytogenetyka w opracowywaniu terapii białaczki?

Cytogenetyka jest ważnym elementem postępowania klinicznego. Istnieją tzw. guidelines – zalecenia, zgodnie z którymi badanie cytogenetyczne jest konieczne u każdego pacjenta z nowo rozpoznaną ostrą białaczką szpikową. Znane są postacie genetyczne tej choroby różniące się obrazem klinicznym, rokowaniem i terapią. Takim przykładem jest ostra białaczka promielocytowa z translokacją między chromosomami 15 i 17 [t(15;17)(q22;q12-21)]. Jeszcze w latach 60. taka diagnoza była równoznaczna z wyrokiem śmierci. Po rozpoznaniu, pacjenci po 2-3 miesiącach umierali, praktycznie nie notowano wyleczeń. Dziś ponad 80% chorych może być wyleczonych, pod warunkiem, że choroba zostanie rozpoznana wcześnie i zastosuje się leczenie celowane. Zasadniczą aberracją w tej postaci białaczki jest translokacja między chromosomami 15 i 17, która prowadzi do fuzji genów PML i RARA. Zastosowanie w leczeniu kwasu all-trans-retynoinowego (tretynoiny), albo związków arsenu powoduje, że pacjenci uzyskują remisję i mogą zostać wyleczeni.

Pacjenci z rozpoznaniem ostrej białaczki szpikowej z innym podłożem genetycznym, np. mający złożony kariotyp z kilkoma (co najmniej trzema, a czasami nawet kilkunastoma) aberracjami, mają zazwyczaj bardzo złe rokowanie. Największą szansę na wyleczenie mają młodsi pacjenci. Jest to możliwe dzięki alogenicznemu przeszczepowi szpiku. Dla tych chorych, u których przeszczep nie jest możliwy, poszukuje się nowych metod leczenia.

Kolejny przypadek to core-binding factor leukemia– u której podłoża leży inwersja chromosomu 16 [inv(16)(p13.1q22)] albo translokacja między chromosomami 8 i 21 [t(8;21)(q22;q22)]. Jeżeli pacjenci są leczeni dużymi dawkami cytarabiny to statystycznie ok.60% z nich może być wyleczonych. To są prognostycznie względnie korzystne aberracje -wykrycie inv(16) lub t(8;21) kieruje pacjentów do leczenia celowanego, chociaż trwają obecnie badania mające na celu poprawę rokowania tych 40% chorych, dla których obecne formy terapii nie są wystarczające.

Czym zajmuje się zespół, w którym Pan pracuje?

Moja szefowa, Profesor Clara D. Bloomfield, jest światowej sławy hematologiem. Jej zasługą jest wczesne docenienie roli jaką w hematologii odgrywa cytogenetyka. Na przykład, w1982r.opublikowała,wspólnie ze znakomitą cytogenetyk dr Diane C. Arthur, pierwszy opis inwersji chromosomu 16 i dokonała korelacji tej aberracji chromosomowej z dobrym rokowaniem klinicznym oraz ze specjalną morfologią szpiku. Jest to specyficzny rodzaj ostrej białaczki szpikowej. Pacjenci z inwersją chromosomu 16 mają charakterystyczny obraz szpiku, w którym stwierdza się występowanie nieprawidłowych eozynofili. Jest to jedna z nielicznych postaci ostrej białaczki szpikowej gdzie na podstawie morfologii można przewidzieć obecność specyficznej aberracji cytogenetycznej.

Od ponad 15 lat zajmujemy się największą cytogenetycznie grupą pacjentów z ostrą białaczką szpikową. Charakteryzują się oni normalnym kariotypem. Tutaj rolą cytogenetyków jest sprawdzenie, czy u pacjenta w kariotypie nie ma widocznych mikroskopowo aberracji. Okazało się, że pacjenci ci są zróżnicowani genetycznie, na poziomie molekularnym. Istnieje cały szereg mutacji i zmian ekspresji genów, które mają znaczenie prognostyczne.

Nasz zespół, we współpracy ze światowej sławy genetykiem Carlo M. Croce, jako pierwszy opisał taką zmianę molekularną o znaczeniu prognostycznym – częściową tandemową duplikację genu MLL. Gen MLL potrafi uczestniczyć w dziesiątkach translokacji wykrywalnych mikroskopowo. Okazało się, że jest on zaangażowany w procesy chorobotwórcze także u pacjentów z normalnym kariotypem, u których nie ma aberracji powodujących fuzję tego genu z innym genem, ale dochodzi do częściowej duplikacji genu MLL (MLL-PTD, od ang. MLL-Partial Tandem Duplication). Ta zmiana jest wystarczająca do zmiany funkcji białka MLL, tak aby uczestniczyło ono w procesie leukemogenezy. Ta mutacja genowa była jedną z pierwszych, dla której wykazaliśmy, że ma znaczenie prognostyczne. Pacjenci, u których stwierdza się częściową wewnętrzną duplikację genu MLL mają gorsze rokowanie niż pacjenci bez tej zmiany. Opisaliśmy to w pracy, która ukazała się w 1998 roku. Później, w 2007 roku, przeanalizowaliśmy wyniki leczenia u osób, które leczone były autologicznym przeszczepem szpiku. Wówczas odkryliśmy, że przeszczep autologiczny szpiku znacznie zmniejsza znaczenie prognostyczne tej aberracji. Przykład ten ilustruje fakt, że znaczenie prognostyczne markerów genetycznych zależy od rodzaju terapii i może się ono zmieniać wraz z wprowadzeniem nowych metod leczenia.

Jakie jest prawdopodobieństwo wystąpienia choroby u ludzi z tą duplikacją?

Ta duplikacja jest zmianą nabytą, pacjenci się z nią nie rodzą. Wszystkie (poza rzadkimi wyjątkami) aberracje chromosomowe i mutacje genowe występujące w komórkach nowotworowych to nie są wrodzone zmiany, to są mutacje zdarzające się w życiu każdego człowieka. Problem polega na tym, że jeżeli mutacje w genach uczestniczących w hematopoezie nastąpią we właściwym miejscu i we właściwym czasie to rozwinie się choroba – oczywiście wybitnie niewłaściwym z punktu widzenia pacjenta. W porównaniu z niektórymi postaciami guzów litych, AML nie jest bardzo skomplikowaną genetycznie chorobą, ale komórki białaczkowe pacjentów mają zazwyczaj kilka, maksimum 5-6 mutacji. Aby pojawiła się choroba muszą być przynajmniej dwie. Zwykle są to mutacje albo zmiany ekspresji w genach kontrolujących proliferację komórek i genach kontrolujących różnicowanie się komórek. 

Zatem pacjent z normalnym kariotypem też może mieć ostrą białaczkę szpikową?

To, że kariotyp jest normalny nie oznacza, że nie ma tam genetycznych zmian. Zmiany genetyczne są submikroskopowe i wykrywalne metodami molekularnymi. Takich genów jest cały szereg. Na przykład często występującą mutacją jest mutacja genu NPM1. Co ciekawe, pacjenci z tą mutacją mają lepsze rokowania niż chorzy bez niej. Mutacja sama w sobie nie musi być złą rzeczą w sensie rokowania klinicznego.

Jak ze wszystkich odkryć genetyków i cytogenetyków korzysta medycyna?

Od każdego nowo przyjętego pacjenta powinno się pobrać szpik do badania cytogenetycznego. Już na tym etapie badania cytogenetyczne i równoległe badania molekularne mogą wykryć różne postacie kliniczne choroby. Choćby pacjenci z core-binding factor leukemia powinni otrzymywać duże dawki cytarabiny, ale nie są kandydatami do przeszczepów. Już na etapie badań cytogenetycznych można zalecić lub odradzić przeszczep allogeniczny, który, aczkolwiek może uratować życie chorego, jest bardzo poważną, wiążącą się z efektami ubocznymi procedurą. Jeżeli wiadomo, że pacjent nie będzie miał korzyści z przeszczepu, to należy wybrać inne metody leczenia.

Czyli w zasadzie praca cytogenetyka decyduje o doborze terapii i dalszych losach pacjenta?

Cytogenetyka w połączeniu z badaniami molekularnymi jest jednym z najważniejszych prognostycznych czynników. Jeżeli wykryje się prawidłowy kariotyp, to należy przeprowadzić serie testów molekularnych, by sprawdzić jakie mutacje u takiego pacjenta występują. Kombinacje mutacji sprawiają, że pacjenci dobrze lub źle radzą sobie z chorobą. Należy dostosowywać leczenie do rokowania pacjentów.

Proszę powiedzieć co się zmienia w tym obszarze?

Więcej wiemy o podłożu genetycznym ostrej białaczki szpikowej u pacjentów z prawidłowym kariotypem niż o mutacjach genowych u pacjentów z nieprawidłowym kariotypem. W tych konkretnych postaciach, które są zdefiniowane przez obecność specyficznych aberracji chromosomowych jest jeszcze pole do odkryć. Nawet gdy odkryje się powtarzające się mutacje pozostaje zbadać ich znaczenie prognostyczne. Na szczęście ostra białaczka szpikowa jest rzadką chorobą – szczęśliwie dla pacjentów, niedogodnie dla badaczy. W związku z tym nasze badania prowadzone są w obrębie sieci wielu uniwersytetów, wcześniej znanej pod nazwą Cancer and Leukemia Group B, obecnie Alliance for Clinical Trials in Oncology. To jest organizacja skupiająca ponad 30 uniwersytetów amerykańskich. Pacjenci z białaczką są zapisywani na badania kliniczne. Wszystkie badania kliniczne wymagają badań cytogenetycznych. Następnie są one weryfikowane w centralnym procesie oceny kariotypów. Jestem zastępcą przewodniczącego komisji, która zajmuje się przeglądem wszystkich nadesłanych kariotypów. Ma to sens, bo zdarza się, że zmieniamy interpretacje niektórych nadesłanych kariotypów. 

Czy zajmujecie się tylko białaczkami?

Zespół Clary D. Bloomfield, w którym pracuję, jest akurat w części białaczkowej. Ale w ramach Alliance For Clinical Trials in Oncology są także grupy badawcze zajmujące się guzami litymi czy chłoniakami. My jesteśmy jedną z wielu aktywności Alliance.

Dziękuję za rozmowę.

Rozmawiał Tomasz Sznerch
pomoc w przygotowaniu transkryptu Magdalena Szkup