Fremskritt I Genomisk Testing-Hva Du Trenger Å Vite

Fremskritt I Genomisk Testing-Hva Du Trenger å Vite

av Dr. C. H. Weaver M. d. oppdatert 9/1/2018

Q: Hva er genomisk testing?

A: Genomisk testing ser på en gruppe gener og deres varierende uttrykksnivåer. Dette genuttrykket eller aktiviteten kan karakterisere hvordan gener interagerer med hverandre og forutsi oppførselen til visse vev i kroppen. Dette er i motsetning til genetisk testing, som ser på en bestemt endring i et enkelt kromosom eller gen, ofte som en del av en arvelig egenskap.

Spørsmål: hvilken rolle spiller genomisk testing i en kreftdiagnose?
A: Genomisk testing kan gi informasjon om pasientens prognose basert på genuttrykket i individets kreftvev og kan ofte forutsi om visse terapi (som kjemoterapi) vil være til nytte.

Spørsmål: på hvilket tidspunkt i diagnoseprosessen skjer genomisk testing?
A: Genomisk testing kan oppstå når som helst etter at en vevsprøve (biopsi eller reseksjon) av kreft er anskaffet.

Q. Hvilke spørsmål skal jeg stille helsepersonellet mitt om genomisk testing?
A: følgende er de viktigste spørsmålene du bør stille helsepersonell.

• er genomisk testing tilgjengelig for den type kreft jeg har, for å hjelpe til med å bestemme min generelle prognose?
• vil resultatene av denne testingen ha potensial til å endre din behandling av kreft? Spesielt:
  • vil testen kunne fortelle meg om visse terapier vil være til nytte i behandlingen min?
• har du hatt positive resultater i å bruke denne testen med andre pasienter?
• er denne testingen dekket av min forsikringsplan? (Denne typen testing kan kjøre i tusenvis av dollar, selv om mange planer dekker testene uten en ut-av-lomme regning.)

Spørsmål: Er det spesifikke krefttyper hvor rollen til genomisk testing er spesielt viktig?

A: Det er tre typer kreftpasienter for hvem genomisk testing kan være spesielt fordelaktig:

• pasienter med østrogenreseptor-positiv brystkreft som ennå ikke har spredt seg til lymfeknuter (tidlig stadium brystkreft) kan ha en prognose som er vanskelig å forutsi ved vevsbiopsi alene. Genomisk testing kan ikke bare bidra til å gi prognostisk informasjon (dvs. spådd 10-års overlevelse), men kan også forutsi om kjemoterapi vil ha noen betydelig fordel, slik at en pasient kan unngå toksisitet av kjemoterapi når det er mulig.
• Pasienter med visse typer kolonkreft kan også dra nytte av genomisk testing når Det gjelder å bestemme prognose, forutsi kjemoterapi fordel og velge kjemoterapi(bestemme hvilke kjemiske midler som vil være mest nytte).
• Pasienter med kreft som har spredt seg til andre steder i kroppen (metastatisk sykdom) eller som har oppstått lokalt (til tross for kirurgi og/eller kjemoterapi) kan gjennomgå genomisk testing som ser på uttrykk over et bredt spekter av gener, inkludert de som vanligvis ikke er forbundet med det opprinnelige kreftstedet. Denne typen genomisk testing kan identifisere visse gener som potensielt kan være et mål for terapi som i utgangspunktet ikke ble vurdert. En endring i en målrettet terapi vil ha potensial til å forbedre overlevelsen markant.

Den Nye Rollen Som Genomikk I Diagnostisering Og Overvåking Av Kreft

Oversikt

Kreft er et resultat av genetiske abnormiteter som påvirker funksjonen til bestemte gener. Gener bestemmer form, funksjon og vekstmønstre av celler. De som akselererer eller undertrykker vekst er ofte involvert i kreft. For eksempel har mange kreftformer en abnormitet i et gen som er ansvarlig for å stimulere cellulær vekst og/eller genet som normalt forhindrer kreft, fungerer ikke som det skal. Begge disse genetiske abnormiteter kan resultere i ukontrollert og overdreven cellulær vekst, kjennetegnet av kreft. Genomiske tester, eller analyser som de kalles av forskere, er et verktøy for å identifisere de spesifikke gener i en kreft som er unormal eller ikke fungerer som den skal. I hovedsak er dette som å identifisere genetisk signatur eller fingeravtrykk av en bestemt kreft.

Genomisk testing er forskjellig fra genetisk testing. Genetiske tester brukes vanligvis til å avgjøre om et sunt individ har et arvelig trekk (gen) som predisponerer dem for å utvikle kreft. Genomiske tester evaluerer gener i en prøve av sykt vev fra en pasient som allerede har blitt diagnostisert med kreft. På denne måten identifiseres gener som har mutert, eller har utviklet unormale funksjoner, i tillegg til de som kan ha blitt arvet.

Genomisk testing kan hjelpe leger til Å:

• Bestem pasientens prognose (potensielt utfall)
• Bestem om en kreft er aggressiv/raskt voksende eller sakte voksende
• Velg den mest effektive behandlingen for hver enkelt kreft
• Overvåk pasienter som gjennomgår behandling for å avgjøre om behandlingen virker
• Overvåk pasienter som er i remisjon for å fange en potensiell sykdomsprogresjon tidlig når det er mer sannsynlig.treatable

kanskje det største løftet om genomisk testing er potensialet for individualisering av behandling. Dette betyr at pasienter med mer alvorlige forhold kan identifiseres og tilbys aggressive og innovative terapier som kan forlenge livet, mens pasienter som er diagnostisert med en mindre alvorlig tilstand, kan bli spart unødvendige behandlinger. For eksempel vil noen kvinner med node-negativ brystkreft tilbakefall etter å ha blitt behandlet med kirurgi alene. Genomisk testing har vist seg å skille mellom hvilke node-negative brystkreftpasienter som har større sannsynlighet for å komme tilbake og derfor dra nytte av ytterligere kjemoterapi og hvilke pasienter som kanskje ikke trenger kjemoterapi.

for å sette pris på hvordan vitenskapen om genetikk brukes til diagnose og overvåking av kreft, er det nyttig å ha en forståelse av de grunnleggende prinsippene for genetikk. Dette inkluderer å vite HVA DNA, kromosomer og gener er, hvordan de fungerer, og hvordan informasjonen i DNA transformeres, gjennom genuttrykk, til bestemte strukturer som dikterer funksjonene til en celle.

med denne bakgrunnskunnskapen er det mulig å forstå løftet om tester for å oppdage genetiske abnormiteter, for eksempel:

• Fluorescens in situ hybridisering (FISH)
• Polymerasekjedereaksjon (PCR)
• Revers transkripsjon PCR
• Mikroarray teknologi
• Serum proteomikk

Bakgrunn—Grunnleggende Prinsipper For Genetikk

betydningen av genetikk i arvelighet er velkjent; imidlertid kan rollen som genetikk spiller i å kontrollere strukturen og funksjonen til celler være enda mer kritisk For en individuell Organisme. Arvelighet sikrer at mennesker og alle arter er i stand til å reprodusere og videreføre sine unike egenskaper og styre hvordan celler er bygget, hva arbeid de gjør, og hvordan de vokser er nødvendig for å sikre at en organisme vil overleve for å reprodusere. En forståelse av DENNE kritiske rollen SOM DNA og gener har i å bestemme minutt for minutt livet til en celle er også viktig for å forstå hvordan genetikk er involvert i kreft.

DNA: den genetiske informasjonen for en hel organisme er inneholdt i kjernen til hver celle i form av deoksyribonukleinsyre, kjent SOM DNA. DNA ER et dobbeltstrenget spiralformet molekyl. Hver tråd består av en strukturell ryggrad pluss en sekvens av nitrogenholdige forbindelser som kalles nitrogenholdige baser, som kan betraktes som alfabetet av genetikk. Det er fire baser: adenin, guanin, tymin og cytosin. De to strengene er koblet til basene.

den genetiske koden, eller den genetiske informasjonen som styrer struktur og funksjon av cellen, finnes i sekvensen av baser. Basissekvensen styrer til slutt sekvensen av aminosyrer som er koblet sammen for å lage et proteinmolekyl. Ulike sekvenser gjør forskjellige proteiner. Proteinene som syntetiseres i en celle bestemmer strukturen og funksjonen til den cellen.

Kromosomer: DNA er pakket i et bestemt antall enheter kalt kromosomer. Mennesker har 46 kromosomer i hver celle. Mesteparten av tiden, kromosomene er pakket tett rundt proteiner i kjernen av cellen slik at de ikke kan sees. Men i stadier av cellens liv like før celledeling blir kromosomene synlige med et lysmikroskop. De ser ut Som en hovedstad » H «med fire lengder av spolet DNA forbundet med et protein som «korset»Av » H».

Gener: DNA er organisert i gener, som er lange segmenter AV DNA som inkluderer regioner som inneholder koder for proteiner kalt eksoner, samt ikke-kodende regioner kalt introner. Gener er definert som den grunnleggende enheten av arvelighet fordi de overføres til avkom og deretter replikeres og overføres til individuelle celler under celledeling. Replikering innebærer å bruke BEGGE tråder AV DNA som maler for å syntetisere gratis DNA (cDNA), som er en matchende streng. Resultatet er to identiske kopier AV DNA for hver celle etter at celledeling er fullført. UNDER normale forhold forblir STRUKTUREN AV DNA, og dermed gener, relativt konstant gjennom replikasjon og celledeling.

genuttrykk: den genetiske informasjonen i gener blir oversatt til cellulær struktur og funksjon gjennom en prosess som kalles genuttrykk. Gener kan betraktes som koder, eller oppskrifter, for å lage proteiner. Proteiner er den grunnleggende komponenten i cellestruktur og funksjon. Når et gen er «uttrykt», blir proteinet eller proteinene som det koder for aktivt bygget i cellen, og funksjonen som disse proteinene tjener, utføres. FOR eksempel, NÅR HER-2/neu-genet uttrykkes i brystkreft, er det flere epidermale vekstfaktorreseptorer (EGFRs) tilstede, som er proteiner på celleoverflaten SOM HER-2 / neu koder for. VIDERE ER FUNKSJONEN TIL EGFR å stimulere cellevekst; så en celle som uttrykker HER-2 / neu har Mange EGFRs og vokser aktivt.

Genuttrykk skjer gjennom et komplekst system som involverer følgende trinn:

• Midlertidig separasjon Av DE TO trådene I DNA-molekylet ved et bestemt gen.
• Transkripsjon AV dna-segmentet, som er syntesen av en enkeltstrenget kopi AV DNA-sekvensen som er utsatt; denne kopien kalles messenger RNA (mRNA).
• Proteinsyntese, eller bygge nye proteiner i cellen, basert på informasjonen i mRNA.

Genetiske abnormiteter: Genetiske abnormiteter er endringer I DNA i en celle som kan oppstå ved en tilfeldighet eller på grunn av miljøpåvirkning. Disse endringene låne den berørte cellen noen fordel over normale celler som hjelper dem å vokse. Som et resultat er cellen i stand til å dele seg raskt og bli en kreftvekst. Denne vekstfordelen fordeler imidlertid bare den enkelte celle, og ikke nødvendigvis hele organismen (menneske).

Typer genetiske abnormiteter inkluderer:

Translokasjoner-de skiftende stedene til et gen fra ett kromosom med et gen på et annet kromosom; denne typen abnormitet definerer de mange forskjellige leukemier

Slettinger—et gen eller sekvens av nukleotider mangler I DNA

Polymorfismer-variasjoner i nukleotidsekvens

Tester For Å Oppdage Genetiske Abnormiteter

en rekke nye laboratorietester kan oppdage genetiske abnormiteter. Å finne en sykdomsfremkallende mutasjon i et gen kan bekrefte en mistenkt diagnose av kreft eller identifisere de som er utsatt for visse kreftformer. Noen av disse teknikkene som for tiden brukes i klinisk setting inkluderer:

• Fluorescens in situ hybridisering (FISH)
• Polymerasekjedereaksjon (PCR)
• Revers transkripsjon PCR

videre brukes følgende laboratorieteknikker i kreftforskning og kan være tilgjengelige for klinisk bruk i fremtiden:

• Microarray

Fluorescens in situ hybridisering (FISH)

FISK er et laboratorium teknikk som brukes til å oppdage genetiske avvik på enkeltcelle og enkelt-genet nivå, slik som numeriske avvik (gevinster og tap av nukleotider), og translokasjoner (skiftende steder av et gen eller segment av gener på ett kromosom med gen eller et segment på et annet kromosom). Disse avvikene spiller en rolle i utviklingen og progresjonen av enkelte kreftformer, som leukemier og lymfomer1.

HVORDAN FUNGERER FISK? FISK utføres på prøveceller HVIS DNA har unraveled slik at de enkelte kromosomer er synlige. Dette skjer under cellefaser like før celledeling, kalt metafase eller interfase. Prøven DNA er først denaturert ved hjelp av varme og kjemisk formamid slik at de enkelte tråder skille, utsette basesekvensen. Deretter inkuberes spesifikke DNA-sekvenser, kalt prober, som er festet til fargede fluoroer, eller kombinert med prøven DNA. Sondene hybridiserer (kobler) MED DNA i kromosomene som er komplimentet til basesekvensen i sonden. Tilstedeværelsen eller fraværet av fluorescens fra det hybridiserte DNA og sonden er synlig med et spesialisert mikroskop og indikerer om DNA-sekvensen av interesse er tilstede i prøven. Videre kan spesialiserte FISKETEKNIKKER brukes til å oppdage translokasjoner, inversjoner og forsterkninger som er involvert i kreft.2

FISK i bryst-og eggstokkreft: en vanlig bruk hvis FISK er å avgjøre om pasienter med bryst-og eggstokkreft overuttrykker her2/neu onkogen, et gen som ofte er involvert i kreft. HER2 / neu bærer den genetiske koden FOR her2-reseptoren, et protein på overflaten av noen kreftceller. HER2 binder seg med vekstfaktorer i blodet, og stimulerer dermed kreftceller til å vokse.

HER2/neu forsterkes hos ca. 20% til 30% av bryst-og eggstokkreft, og denne forsterkningen og / eller overekspresjonen indikerer en dårlig prognose.3 FISK kan brukes til å observere om HER2 / neu onkogen sender flere signaler på nivået av de enkelte cellene, noe som indikerer genforsterkning.

FISK i hematologisk (blod) kreft: FISK kan også brukes til å diagnostisere og håndtere ulike hematologiske maligniteter. Den genetiske abnormiteten som ligger til grunn for mange hematologiske maligniteter er kromosomal translokasjon, eller de skiftende stedene av genet fra ett kromosom med et gen på et annet kromosom.

Polymerasekjedereaksjon (PCR)

PCR ER EN in vitro laboratoriemetode som er nyttig for genetisk testing for sykdom og detektering av minimal gjenværende sykdom, som er en liten mengde sykdom igjen etter behandling som kan føre til tilbakefall og er vanligvis ikke detekterbar med andre teknikker. Denne prosedyren forsterker ET SEGMENT AV DNA fra en liten prøve, noe som gjør det detekterbart. MED PCR kan relativt små sekvenser av kjent DNA replikeres til millioner av kopier over en kort periode.

HVORDAN FUNGERER PCR? Denne metoden krever fire prinsippkomponenter: 1) prøven DNA, 2) en rikelig tilførsel av nukleotider, 3) et varmestabilt polymeraseenzym som er ansvarlig for kopiering AV DNA, og 4) primere, kort sekvens av nukleotider som ligger på hver side AV DNA-fragmentet av interesse og signaliserer polymerasen for å begynne replikasjon av det spesifikke DNA-segmentet.

PCR ER EN tre-trinns prosess, som hver forekommer ved en annen temperatur. Dna-prøven oppvarmes først til CA. 90º for å separere DE 2 parede DNA-trådene. Når den er separert, avkjøles den til en temperatur som gjør at primerne kan hybridisere til deres komplementære sekvens på mål-DNA, omtrent 40º. TIL SLUTT skjer DNA-replikasjon ved omtrent 70º, temperaturen DER DNA-polymerase er mest aktiv. Denne prosessen gjentas 20 til 30 ganger, noe som resulterer i omtrent 1 million ganger forsterkning AV DNA-fragmentet av interesse.4

REVERS transkripsjon PCR

Revers transkripsjon (RT) – PCR er en teknikk som oppdager i hvilken grad gener uttrykkes. Kompliserte prosesser styrer hvilket SEGMENT AV DNA som separeres, blir transkribert (kopiert) til mRNA, og deretter uttrykt som proteiner i cellen. Ikke alle gener er transkribert og deretter uttrykt likt. På grunn av mange kontroller i cellen er noen gener overuttrykt, noe som betyr at de transkriberes og uttrykkes med høyere hastighet enn normalt, mens andre gener nå uttrykkes, eller «slås av» slik at visse funksjoner ikke manifesteres i cellen.

HVORDAN FUNGERER RT-PCR? RT-PCR bruker de samme trinnene SOM PCR for å forsterke ET SEGMENT AV DNA, men prøven er en gratis kopi av mRNA. Ved å starte med mRNA måler denne testen BARE DNA som uttrykkes, noe som gjør det mulig å bestemme i hvilken grad visse gener uttrykkes. NYLIG bruk AV RT-PCR i klinisk onkologi inkluderer deteksjon av lymfeknudemikrometastaser i prostatakreft og benmetastaser i brystkreft.5

RT-PCR ved brystkreft: brystkreftprøven Oncotype DX™ benytter RT-PCR for å bestemme individuell risiko for tilbakefall hos kvinner med lymfeknutenegativ østrogenreseptor (er)-positiv brystkreft. Denne testen evaluerer uttrykk for 21 gener i brystkreft. Overuttrykk av noen av disse genene indikerer en dårligere prognose, mens uttrykk for andre kan indikere en bedre prognose. Uttrykket for alle de 21 genene brukes til å beregne En «tilbakevendende poengsum», eller sannsynligheten for at kreften vil komme tilbake. En stor klinisk studie viste At tilbakefall score™ var mer effektivt for å forutsi prognose av kvinner med node-negativ, er-positiv brystkreft enn standard tiltak som pasient alder, kreft størrelse, og kreft stadium.6

Strategier For Å Forbedre Deteksjon Av Genetiske Abnormiteter

Flere metoder for å oppdage genetiske abnormiteter blir benyttet for kreftforskning. Selv om de ennå ikke rutinemessig brukes i klinisk setting, synes følgende å være lovende og kan brukes i fremtiden for å diagnostisere, teste og overvåke kreft.

Mikroarrays: Mikroarrayanalyse er en teknikk som kombinerer biologi med datavitenskap for å generere en genetisk profil for en gitt vevsprøve som reflekterer aktiviteten til tusenvis av gener. Denne teknologien har fordeler over FISK eller PCR fordi den i en enkelt analyse kan evaluere uttrykket av alle gener som kan være involvert i kreft, i stedet for bare noen få. Ved å grafisk vise hvordan alle gener er involvert i kreft, kan mikroarrays generere en «genetisk signatur» for en bestemt kreft. Dette gjør identifisering av kreft subtype mer presis. Evnen til å ta et øyeblikksbilde av kreftens genetiske signatur kan føre til en bedre forståelse av hvordan kreft utvikler seg og hvordan man designer individualisert behandling.

hvordan fungerer mikroarrays? Mens ulike microarray metoder benyttes, hver består av fem grunnleggende trinn:

• Forberedelse av prøven
• Kombinere prøven med databrikken
• Skanne databrikken
• Normalisering
• dataanalyse av resultatene.

Forberedelse av prøven: i det første trinnet syntetiseres cDNA fra RNA ved revers transkripsjon (husk transkripsjon innebærer kopiering AV DNA for å lage RNA, så revers transkripsjon genererer DNA fra RNA) fra RNA som har blitt ekstrahert fra både en test og en referanseprøve. Prøven DNA segmenter er merket med fluorokromer, eller radioaktive kjemikalier, slik at de kan oppdages etter at de kombinerer med databrikken.

Kombinere prøven med databrikken: deretter kombineres prøven med databrikken, som er et rektangulært rutenett av flekker. Hvert sted har mange kopier av en BESTEMT DNA-sekvens. Disse sekvensene er avledet fra offentlige databaser AV DNA-sekvenser som ble generert gjennom Human Genome Project, den vitenskapelige bestrebelsen som identifiserte nesten ALLE DNA-sekvensene i den menneskelige arten.

når prøven legges til databrikken, oppstår en prosess som kalles hybridisering. Dette betyr at prøven DNA-segmentet binder (hybridiserer) til segmentet på databrikken som har den nøyaktige komplementære sekvensen av nukleotider (de fire forbindelsene som er alfabetet av genetikk).

Skanning av databrikken: når hybridisering er fullført, brukes skannere til å oppdage fluorescensen og lage et digitalt bilde som reflekterer hvor prøven DNA kombinert med flekker på microarray-brikken.

Normalisering: Fordi rå signalintensiteter kan variere mellom individuelle sjetonger fra mange pasienter eller eksperimenter, må individuell brikkeintensitet justeres til en felles standard eller normaliseres. Subtraksjon av bakgrunnsstøy er for eksempel en vanlig normaliseringsmetode som brukes på alle prøver. Normalisering gjør det mulig å sammenligne genuttrykksprofiler fra mange pasienter eller eksperimenter.

dataanalyse: det siste trinnet i et microarray-eksperiment er dataanalyse. De tusenvis av rå datapunkter som følge av microarray analyser er i hovedsak uforståelig med mindre de blir evaluert i sammenheng med andre resultater. For eksempel kan genuttrykksprofilen (microarray-resultater) av normalt og sykt vev sammenlignes for å identifisere gener som varierer i uttrykket og også identifisere et mønster (profil) som kan indikere en distinkt klasse eller stadium av sykdom.7

Mikroarrays i onkologi: Mikroarray analyse har bidratt til onkologi ved å øke forståelsen av det genetiske grunnlaget for flere typer kreft, inkludert b-celle non-Hodgkins lymfom (BCNHL), akutt leukemi og brystkreft.

• Betydelig kunnskap om patologi AV BCNHL har blitt oppnådd ved å sammenligne genuttrykk mønstre av sykt og normalt vev. To forskjellige sykdomskategorier viser forskjellige genuttrykksprofiler. Mikroarrays har bidratt til å etablere disse uttrykksprofilene, og i fremtiden kan de bidra til å klassifisere nye tilfeller AV BCNHL nøyaktig.
• ved akutt leukemi har mikroarrays bidratt til å etablere forskjellige genuttrykksmønstre som har bidratt til å skille mellom akutt lymfocytisk leukemi (ALL) og akutt myeloid leukemi (AML). Ved hjelp av disse profilene ble 29 av 34 nye tilfeller av leukemi korrekt spådd.
• videre har mikroarrays bidratt til å identifisere to forskjellige genuttrykksprofiler i brystkreft, BCRA1 og BCRA2. Dette funnet antyder forskjellige måter som brystkreft utvikler og gir ledetråder som fremmer videre forståelse av årsaken til brystkreft.7

1 Spagnolo SD, Ellis DW, Juneja S, Leong AS, et al. Rollen av molekylære studier i lymfom diagnose: en gjennomgang. Patologi 2004; 36 (1) 19-44.

2 Spurbeck JL, Adams SA, Stupca PJ, Dewald GW. Primer På Medisinsk Genomikk Del XI: Visualisere Menneskelige Kromosomer. Mayo Clinic Proceedings 2004:79:58-75.

3 Paik S, Hazan R, Fisher ER, Et al. Patologiske funn fra national surgical adjuvant breast and tarm project: prognostisk betydning av erb B-2 protein overexpression i primær brystkreft. J Clin Oncol 1990; 8: 103-112.

4 Tefferi A, Wieben ED, Dewald GW, et al. Primer På Medisinsk Genomikk Del II: Bakgrunnsprinsipper og Metoder I Molekylær Genetikk. Mayo Clinic Proceedings 2002; 77: 785-808.

5 Tefferi A, Wieben ED, Dewald GW, et al. Primer På Medisinsk Genomikk Del II: Bakgrunnsprinsipper og Metoder I Molekylær Genetikk. Mayo Clinic Proceedings 2002; 77: 785-808.

6 Paik S, Shak S, Tang G, et al. Multi-gen PT-PCR analyse for å forutsi tilbakefall i node negative brystkreftpasienter – nsabp studier B – 20 Og B-14. Proc av Den 26. Årlige San Antonio Breast Cancer Symposium. Desember 3-8k, 2003; San Antonio, TX, Abstrakt #16.

7 Tefferi A, Bolander MEG, Ansell SM, et al. Primer På Medisinsk Genomikk Del III: Microarray Eksperimenter Og Dataanalyse. Mayo Clinic Proceedings2002; 77: 927-940.