Πληροφορίες

Μπορεί η απειλή για την επιβίωση να αυξήσει τα ποσοστά μετάλλαξης στα βλαστικά κύτταρα;

Μπορεί η απειλή για την επιβίωση να αυξήσει τα ποσοστά μετάλλαξης στα βλαστικά κύτταρα;


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Μπορώ στρες που σχετίζεται με απειλή επιβίωσης ενός πληθυσμού ζώων ή φυτών σε κάποιο περιβάλλον, όπως λόγω πείνας, δίψας, φόβου από αρπακτικά, κ.λπ. οδηγεί σε αύξηση του μέσου ρυθμού μετάλλαξης σε κύτταρα βλαστικής σειράς ατόμων αυτού του πληθυσμού, αυξάνοντας έτσι την πιθανότητα παραγωγής κληρονομικών χαρακτηριστικών που μπορεί να είναι ωφέλιμα για αυτόν τον πληθυσμό στην καταπολέμηση αυτών των δυσμενών συνθηκών επιβίωσης σε αυτό το περιβάλλον;

Στα βακτήρια αυτό είναι γνωστό ως "Μεταλλαξιγένεση που προκαλείται από το στρες"

Υπάρχει κάτι συγκρίσιμο με αυτό στα ζώα και τα φυτά;


Λοιπόν… αφού δεν μπορώ να διαγράψω αυτήν την αποδεκτή απάντηση… θα είναι ένα αντίστροφο κουνάβι, σε κάποιο βαθμό. Μια ανασκόπηση του 2014 από τους Ram και Hadany παραθέτει έναν αρκετά μεγάλο αριθμό εμφανίσεων SIM εκτός των βακτηρίων:

Μεταλλαξιγένεση που προκαλείται από το στρες (SIM) -η αύξηση των ποσοστών μετάλλαξης σε στρεσσαρισμένα ή κακώς προσαρμοσμένα άτομα- έχει αποδειχθεί σε πολλά είδη, συμπεριλαμβανομένων τόσο των προκαρυωτών όσο και των ευκαρυωτικών. [… ] SIM έχει επίσης παρατηρηθεί σε ζυμομύκητες, φύκια, νηματώδεις, μύγες και ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα.

Αυτό για τα φύκια (Goho and Bell, 2000) φαίνεται/ισχυρίζεται ότι ήταν η γροθιά:

Οι καλλιέργειες Chlamydomonas εκτέθηκαν σε μια σειρά σχετικά ήπιων τάσεων για μια περίοδο 24 ωρών. Αυτές οι τάσεις περιλάμβαναν υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, οσμωτική καταπόνηση, χαμηλό pH, λιμοκτονία και τοξικό στρες. Η καταλληλότητα στη συνέχεια προσδιορίστηκε ως ο ρυθμός διαίρεσης των απομονωμένων κυττάρων σε άγαρ. Διαπιστώσαμε ότι υπήρχε μια ισχυρή τάση για καλλιέργειες υπό πίεση να έχουν χαμηλότερη μέση καταλληλότητα και μεγαλύτερη τυποποιημένη διακύμανση στην καταλληλότητα από τους αρνητικούς μάρτυρες που είχαν καλλιεργηθεί σε μη τροποποιημένο ελάχιστο μέσο. Η ίδια τάση έδειξαν, όπως αναμενόταν, θετικοί μάρτυρες που έλαβαν μεταλλαξιογόνες δόσεις υπεριώδους ακτινοβολίας. Καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι η πιο λογική ερμηνεία αυτών των παρατηρήσεων είναι ότι το ήπιο στρες αυξάνει τον γονιδιωματικό ρυθμό μετάλλαξης. Αυτή φαίνεται να είναι η πρώτη φορά που αυτό το φαινόμενο παρατηρείται σε ευκαρυώτες.

Η εργασία που αναφέρεται για τους Drosophila, Sharp and Agrawal (2012)

Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι τα ποσοστά μετάλλαξης είναι ευαίσθητα στο γενετικό στρες, έτσι ώστε άτομα με γονότυπους χαμηλής ποιότητας θα παράγουν απογόνους ακόμη χαμηλότερης γενετικής ποιότητας, σε έναν βρόχο θετικής ανάδρασης μετάλλαξης. Αυτός ο τύπος διακύμανσης στο ρυθμό μετάλλαξης αναμένεται να αλλάξει μια ποικιλία προβλέψεων που βασίζονται στη θεωρία του φορτίου μετάλλαξης και να επιταχύνει την προσαρμογή σε νέα περιβάλλοντα. Η θετική ανατροφοδότηση μετάλλαξης θα μπορούσε να επηρεάσει την ανθρώπινη υγεία αυξάνοντας το ποσοστό μετάλλαξης βλαστικής σειράς, και πιθανώς σωματικής μετάλλαξης, σε άτομα με κακή υγεία λόγω γενετικού ή περιβαλλοντικού στρες.

Είναι σαφές ότι αυτό είναι αρκετά τολμηρό στην προέκταση των ευρημάτων του.

Και εν συντομία, η δημοσίευση για τους νηματώδεις (Matsuba et al., 2012) βρίσκει έναν ρυθμό μετάλλαξης που εξαρτάται από τη θερμοκρασία.

Αυτό που φαίνεται να είναι το αδύνατο σημείο σε αυτό το έγγραφο, και ίσως γιατί μια πιο κριτική ανασκόπηση των Lynch et al., 2016 του SIM δεν τα αναφέρει, είναι ότι δεν φαίνεται να έχει εντοπιστεί ρητός μηχανισμός διαμεσολάβησης σε αυτές τις μελέτες για τους ευκαρυώτες. Στα βακτήρια (π.χ. το χαρτί που συνδέεται με το OP) το πώς λειτουργεί η SIM μέσα στο κύτταρο είναι αρκετά καλά κατανοητό, υπάρχουν στην πραγματικότητα αρκετοί μηχανισμοί που όλοι ανταποκρίνονται (συγκλίνοντα) σε διάφορες μορφές στρες.

Υπάρχει μια αναγνώριση (στο έγγραφο Drosophila), ότι τέτοιοι μηχανισμοί στους ευκαρυώτες μπορεί να διαφέρουν από τα βακτήρια

Οι πηγές και οι μηχανισμοί που διέπουν αυτήν την παραλλαγή έχουν μελετηθεί καλύτερα στα μικρόβια, αλλά οι πηγές μεταβολής στα μικρόβια μπορεί να διαφέρουν από εκείνες στους πολυκύτταρους ευκαρυώτες για διάφορους λόγους. […]

Στα ζώα, ο ρυθμός μετάλλαξης ποικίλλει μεταξύ των γονότυπων, αν και οι λειτουργικές πηγές αυτής της παραλλαγής είναι άγνωστες. […]

Πηγαίνει σε ορισμένες θεωρίες πώς μπορεί να λειτουργήσει.

Όσον αφορά τη μαγιά, οι Rodriguez et al. (2012)

Η επιδιόρθωση ασυμφωνίας (MMR) είναι μια κύρια οδός επιδιόρθωσης DNA σε κύτταρα από όλους τους κλάδους της ζωής που αφαιρεί τα σφάλματα αντιγραφής με έναν ειδικό για τον κλώνο τρόπο, έτσι ώστε τα αταίριαστα νουκλεοτίδια να αφαιρούνται κατά προτίμηση από τον πρόσφατα αναδιπλασιασμένο κλώνο του DNA. Εδώ δείχνουμε το ρόλο του MMR στη δημιουργία νέων φαινοτύπων σε μη διαιρούμενα κύτταρα. Δείχνουμε ότι οι λανθασμένες ζευγαρώσεις σε ζυμομύκητες που διαφεύγουν από το MMR κατά τη διάρκεια της αντιγραφής μπορούν αργότερα να υποβληθούν σε δραστηριότητα MMR με τρόπο ανεξάρτητο από τον κλώνο αντιγραφής σε μη διαιρούμενα κύτταρα, με αποτέλεσμα είτε σε πλήρη άγριου τύπου είτε σε μεταλλαγμένη αλληλουχία DNA. Σε μια περίπτωση, αυτή η δραστηριότητα είναι υπεύθυνη για αυτό που φαίνεται να είναι προσαρμοστική μετάλλαξη. Αυτή η ανεξάρτητη από τον κλώνο αντιγραφή δραστηριότητα MMR θα μπορούσε να συμβάλει στο σχηματισμό όγκων που προκύπτουν σε μη διαιρούμενα κύτταρα και θα μπορούσε επίσης να συμβάλει στη μεταλλαξιογένεση που παρατηρείται κατά τη διάρκεια της σωματικής υπερμετάλλαξης των γονιδίων Ig.

Υποθέτω ότι ένα αδύνατο σημείο αυτού του χαρτιού σε σχέση με την SIM (την οποία αναφέρουν μόνο εν παρόδω) είναι ότι δεν είναι προφανές στις ρυθμίσεις τους ποιο ήταν το άγχος. Βασικά είδαν (προσαρμοστική) αλλαγή ρυθμού μετάλλαξης (σε απάντηση στο περιβάλλον), αλλά δεν προσδιορίζουν τι ακριβώς πιστεύουν ότι ήταν ο στρεσογόνος παράγοντας. Έτσι, αυτό το χαρτί είναι ένας τρόπος με τον οποίο το αντίστροφο των άλλων τριών Ι, δηλαδή ο μηχανισμός είναι ξεκάθαρος, αλλά το άγχος δεν είναι.


Η βρεφική μετάλλαξη CRISPR αυξάνει σημαντικά τη θνησιμότητα

Σε ένα βίντεο που κυκλοφόρησε τον Νοέμβριο του 2018, ο Jiankui He εξήγησε το σκεπτικό του για την επεξεργασία εμβρύων CRISPR in vitro και στη συνέχεια την εμφύτευση των εμβρύων σε μια Κινέζα. Η τεχνητή γονιμοποίηση είχε ως αποτέλεσμα τη γέννηση πέρυσι δύο φαινομενικά υγιών κοριτσιών με γενετικές μεταλλάξεις στο γονίδιο CCR5 που συνδέονται πλέον με σημαντική αύξηση της θνησιμότητας.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ 27/9/19: Οι επιστήμονες βρήκαν ένα σφάλμα στα δεδομένα γονότυπου από τη Biobank του Ηνωμένου Βασιλείου που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη, το οποίο αναιρεί τα κύρια αποτελέσματα σε αυτό το έγγραφο. Εάν υπάρχει επίδραση της μετάλλαξης CCR5 δέλτα-32 στη θνησιμότητα, η επίδραση είναι πιθανότατα πολύ μικρότερη από αυτή που αναφέρεται εδώ. Φυσική Ιατρική έχει έρθει σε επαφή και το έγγραφο θα αποσυρθεί.

ΜΠΕΡΚΛΙ Σύμφωνα με ανάλυση του Πανεπιστημίου Καλιφόρνια, Μπέρκλεϋ, επιστήμονες.

Οι ερευνητές σάρωσαν περισσότερα από 400.000 γονιδιώματα και σχετιζόμενα αρχεία υγείας που περιέχονται σε μια βρετανική βάση δεδομένων, το UK Biobank, και διαπίστωσαν ότι οι άνθρωποι που είχαν δύο μεταλλαγμένα αντίγραφα του γονιδίου είχαν σημαντικά υψηλότερο ποσοστό θνησιμότητας μεταξύ 41 και 78 ετών από εκείνους με ένα ή κανένα αντίγραφο. .

Προηγούμενες μελέτες έχουν συσχετίσει δύο μεταλλαγμένα αντίγραφα του γονιδίου, CCR5, με τετραπλάσια αύξηση του ποσοστού θνησιμότητας μετά από μόλυνση από γρίπη και το υψηλότερο συνολικό ποσοστό θνησιμότητας μπορεί να αντανακλά αυτή τη μεγαλύτερη ευαισθησία στο θάνατο από τη γρίπη. Αλλά οι ερευνητές λένε ότι μπορεί να υπάρχουν πολλές εξηγήσεις, καθώς η πρωτεΐνη για την οποία κωδικοποιεί το CCR5 και η οποία δεν λειτουργεί πλέον σε όσους έχουν τη μετάλλαξη και στα δύο αντίγραφα του γονιδίου, εμπλέκεται σε πολλές λειτουργίες του σώματος.

«Πέρα από τα πολλά ηθικά ζητήματα που σχετίζονται με τα μωρά CRISPR, το γεγονός είναι ότι, αυτή τη στιγμή, με τις τρέχουσες γνώσεις, είναι ακόμα πολύ επικίνδυνο να προσπαθείς να εισάγεις μεταλλάξεις χωρίς να γνωρίζεις την πλήρη επίδραση του τι κάνουν αυτές οι μεταλλάξεις», είπε ο Rasmus Nielsen. καθηγητής ολοκληρωμένης βιολογίας στο UC Berkeley. «Σε αυτή την περίπτωση, μάλλον δεν είναι μια μετάλλαξη που οι περισσότεροι άνθρωποι θα ήθελαν να έχουν. Στην πραγματικότητα, κατά μέσο όρο, είσαι χειρότερος να το έχεις».

«Επειδή ένα γονίδιο θα μπορούσε να επηρεάσει πολλαπλά χαρακτηριστικά, και επειδή, ανάλογα με το περιβάλλον, τα αποτελέσματα μιας μετάλλαξης μπορεί να είναι αρκετά διαφορετικά, νομίζω ότι μπορεί να υπάρχουν πολλές αβεβαιότητες και άγνωστα αποτελέσματα σε οποιαδήποτε επεξεργασία βλαστικής γραμμής», δήλωσε ο μεταδιδακτορικός συνεργάτης Xinzhu «April». Wei.

Ο Wei είναι ο πρώτος συγγραφέας και ο Nielsen είναι ο ανώτερος συγγραφέας μιας εργασίας που περιγράφει την έρευνα που θα εμφανιστεί στο διαδίκτυο τη Δευτέρα, 3 Ιουνίου, στο περιοδικό Φυσική Ιατρική.

Η μετάλλαξη αποτρέπει τη μόλυνση από τον ιό HIV

Το γονίδιο CCR5 κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που, μεταξύ άλλων, βρίσκεται στην επιφάνεια των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος και βοηθά ορισμένα στελέχη του HIV, συμπεριλαμβανομένων των πιο κοινών, να εισέλθουν και να τα μολύνουν. Ο Jiankui He, ο Κινέζος επιστήμονας που τον περασμένο Νοέμβριο συγκλόνισε τον κόσμο ανακοινώνοντας ότι είχε πειραματιστεί με το CCR5 σε τουλάχιστον δύο μωρά, είπε ότι ήθελε να εισαγάγει μια μετάλλαξη στο γονίδιο που θα το απέτρεπε. Οι φυσικές μεταλλάξεις που απενεργοποιούν την πρωτεΐνη είναι σπάνιες στους Ασιάτες, αλλά μια μετάλλαξη που βρίσκεται σε περίπου 11% των Βορειοευρωπαίων τους προστατεύει από τη μόλυνση από τον ιό HIV.

Η γενετική μετάλλαξη, που αναφέρεται ως ∆32 (Δέλτα 32), αναφέρεται σε ένα τμήμα 32 ζευγών βάσεων που λείπει στο γονίδιο CCR5. Αυτή η μετάλλαξη παρεμβαίνει στον εντοπισμό στην κυτταρική επιφάνεια της πρωτεΐνης για την οποία κωδικοποιεί το CCR5, εμποδίζοντας τη δέσμευση του HIV και τη μόλυνση. Δεν μπόρεσε να αντιγράψει τη φυσική μετάλλαξη, αλλά φαίνεται ότι δημιούργησε μια παρόμοια διαγραφή που θα αδρανοποιούσε επίσης την πρωτεΐνη. Ένα από τα δίδυμα μωρά φέρεται να είχε ένα αντίγραφο του CCR5 τροποποιημένο με επεξεργασία γονιδίου CRISPR-Cas9, ενώ το άλλο μωρό είχε επεξεργαστεί και τα δύο αντίγραφα.

Αλλά η απενεργοποίηση μιας πρωτεΐνης που βρίσκεται σε όλους τους ανθρώπους και στα περισσότερα ζώα είναι πιθανό να έχει αρνητικά αποτελέσματα, είπε ο Nielsen, ειδικά όταν γίνεται και στα δύο αντίγραφα του γονιδίου - μια λεγόμενη ομόζυγη μετάλλαξη.

"Εδώ είναι μια λειτουργική πρωτεΐνη που γνωρίζουμε ότι έχει επίδραση στον οργανισμό και είναι καλά συντηρημένη μεταξύ πολλών διαφορετικών ειδών, επομένως είναι πιθανό μια μετάλλαξη που καταστρέφει την πρωτεΐνη, κατά μέσο όρο, να μην είναι καλή για εσάς", είπε. είπε. «Διαφορετικά, οι εξελικτικοί μηχανισμοί θα είχαν καταστρέψει αυτήν την πρωτεΐνη εδώ και πολύ καιρό».

Αφού δημοσιοποιήθηκε το πείραμα του He, οι Nielsen και Wei, οι οποίοι μελετούν την τρέχουσα γενετική παραλλαγή για να κατανοήσουν την προέλευση των χαρακτηριστικών του ανθρώπου, των ζώων και των φυτών, αποφάσισαν να διερευνήσουν την επίδραση της μετάλλαξης CCR5-Δ32 χρησιμοποιώντας δεδομένα από την UK Biobank. Η βάση δεδομένων φιλοξενεί γονιδιωματικές πληροφορίες για μισό εκατομμύριο πολίτες του Ηνωμένου Βασιλείου που συνδέονται με τα ιατρικά τους αρχεία. Οι γονιδιωματικές πληροφορίες μοιάζουν πολύ με αυτές που αποκτήθηκαν από το Ancestry.com και το 23andMe: λεπτομέρειες για σχεδόν ένα εκατομμύριο μεμονωμένες παραλλαγές στη γενετική αλληλουχία, τους λεγόμενους πολυμορφισμούς μεμονωμένων νουκλεοτιδίων (SNPs).

Δύο ανεξάρτητες μετρήσεις έδειξαν υψηλότερο ποσοστό θνησιμότητας για εκείνους με δύο μεταλλαγμένα γονίδια. Λιγότεροι άνθρωποι από το αναμενόμενο με δύο μεταλλάξεις εγγράφηκαν στη βάση δεδομένων, γεγονός που δείχνει ότι είχαν πεθάνει σε υψηλότερο ποσοστό από τον γενικό πληθυσμό. Και λιγότεροι από το αναμενόμενο επέζησαν από την ηλικία των 40 έως 78 ετών.

«Τόσο οι αναλογίες πριν από την εγγραφή όσο και η επιβίωση μετά την εγγραφή λένε την ίδια ιστορία, η οποία είναι ότι έχετε χαμηλότερη ικανότητα επιβίωσης ή υψηλότερη θνησιμότητα εάν έχετε δύο αντίγραφα της μετάλλαξης», είπε ο Nielsen. «Υπάρχει απλώς μια έλλειψη ατόμων με δύο αντίγραφα».

Επειδή η μετάλλαξη Δ32 είναι σχετικά συχνή στους Βορειοευρωπαίους, πρέπει να ευνοήθηκε από τη φυσική επιλογή κάποια στιγμή, είπε ο Nielsen, αν και πιθανώς όχι για να προστατεύσει από τον HIV, καθώς ο ιός κυκλοφορεί μεταξύ των ανθρώπων μόνο από τη δεκαετία του 1980.

Ο Wei είπε ότι ορισμένα στοιχεία συνδέουν τη μετάλλαξη με αυξημένη επιβίωση μετά από εγκεφαλικό και προστασία από την ευλογιά και τους φλαβοϊούς, μια ομάδα που περιλαμβάνει τους ιούς του δάγκειου πυρετού, του Ζίκα και του Δυτικού Νείλου.

Παρά αυτά τα πιθανά οφέλη, οι πιθανές ανεπιθύμητες συνέπειες της δημιουργίας γενετικών μεταλλάξεων, τόσο σε ενήλικα σωματικά κύτταρα όσο και σε εμβρυϊκά, βλαστικά κύτταρα, συνηγορούν υπέρ της προσοχής, είπαν οι ερευνητές.

«Νομίζω ότι υπάρχουν πολλά πράγματα που είναι άγνωστα στο τρέχον στάδιο σχετικά με τις λειτουργίες των γονιδίων», είπε ο Wei. «Η τεχνολογία CRISPR είναι πολύ επικίνδυνη για να χρησιμοποιηθεί αυτή τη στιγμή για επεξεργασία βλαστικής γραμμής».

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (R01GM116044).


Αφηρημένη

Στα φυτά, η γαμετογένεση συμβαίνει αργά στην ανάπτυξη και οι σωματικές μεταλλάξεις μπορούν επομένως να μεταδοθούν στην επόμενη γενιά. Οι μεγαλύτερες περίοδοι ανάπτυξης πιστεύεται ότι οδηγούν σε αύξηση του αριθμού των κυτταρικών διαιρέσεων πριν από τη γαμετογένεση, με ταυτόχρονη αύξηση των μεταλλάξεων που προκύπτουν λόγω σφαλμάτων αντιγραφής. Ωστόσο, υπάρχουν λίγα πειραματικά στοιχεία σχετικά με το πόσες κυτταρικές διαιρέσεις συμβαίνουν πριν από τη γαμετογένεση. Εδώ, μετρήσαμε την απώλεια τελομερούς DNA και τη συσσώρευση σφαλμάτων αντιγραφής Arabidopsis με μικρή και μεγάλη διάρκεια ζωής για τον προσδιορισμό του αριθμού των επαναλήψεων σε γενεές που οδηγούν σε γαμέτες. Παραδόξως, ο αριθμός των κυτταρικών διαιρέσεων εντός της γενεαλογίας των γαμετών είναι σχεδόν ανεξάρτητος τόσο από τη διάρκεια ζωής όσο και από τη βλαστική ανάπτυξη. Μια συνέπεια του σχετικά σταθερού αριθμού επαναλήψεων ανά γενιά είναι ότι τα παλαιότερα φυτά μπορεί να μην περάσουν μαζί πιο σωματικά αποκτηθείσες μεταλλάξεις στους απογόνους τους. Επιβεβαιώσαμε αυτή την υπόθεση με γονιδιωματική αλληλουχία απογόνων από νεαρά και ηλικιωμένα φυτά. Αυτή η ανεξαρτησία μπορεί να επιτευχθεί με ιεραρχική διάταξη των κυτταρικών διαιρέσεων στα φυτικά μεριστώματα όπου η βλαστική ανάπτυξη επιτυγχάνεται κυρίως με την επέκταση των κυττάρων σε ταχέως διαιρούμενες μεριστικές ζώνες, οι οποίες μόνο σπάνια ανανεώνονται από περιστασιακές διαιρέσεις πιο ήρεμων κυττάρων. Υποστηρίζουμε αυτό το μοντέλο με πειράματα κατακράτησης 5-αιθυνυλ-2'-δεοξυουριδίνης σε κορυφαία μεριστώματα βλαστών και ριζών. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η οργάνωση βλαστοκυττάρων έχει εξελιχθεί ανεξάρτητα σε φυτά και ζώα για να ελαχιστοποιεί τις μεταλλάξεις περιορίζοντας την αντιγραφή του DNA.

Σε αντίθεση με τα περισσότερα ζώα, τα φυτά δεν έχουν αναπτυξιακά καθορισμένη βλαστική σειρά. Αντίθετα, οι γαμέτες παράγονται αργά στην ανάπτυξη των φυτών μετά από μεταβλητές περιόδους βλαστικής ανάπτυξης (1). Μια σημαντική συνέπεια αυτής της αναπτυξιακής στρατηγικής είναι ότι οι σωματικές μεταλλάξεις που αποκτώνται κατά τη βλαστική ανάπτυξη μπορούν να μεταδοθούν στην επόμενη γενιά (2). Έχουν διεξαχθεί πολυάριθμες μελέτες σε προσπάθειες να κατανοηθεί εάν και πώς οι σωματικές μεταλλάξεις συμβάλλουν στην καλή φυσική κατάσταση και την εξέλιξη στα φυτά (3 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ -8). Η αντιγραφή του DNA κατά τη διαίρεση των κυττάρων θεωρείται ότι είναι η κύρια αιτία γενετικής μετάλλαξης (9 ⇓ -11) και τα ποσοστά μετάλλαξης συσχετίζονται σε μεγάλο βαθμό με τους διπλασιασμούς του γονιδιώματος σε πολλά είδη (12 ⇓ ⇓ ⇓ -16). Έτσι, ένα κρίσιμο εμπόδιο στις μελέτες που εξετάζουν το ρόλο της σωματικής μετάλλαξης στην εξέλιξη του γονιδιώματος των φυτών είναι η έλλειψη γνώσης σχετικά με τον αριθμό των κυτταρικών διαιρέσεων που χωρίζουν έναν ζυγώτη από τους γαμέτες του, ένα χαρακτηριστικό που ονομάζεται «βάθος κυττάρων» (17) και πώς αυτό ο αριθμός αλλάζει με τη βλαστική ανάπτυξη. Από ό,τι γνωρίζουμε, οι εκτιμήσεις του βάθους των γαμετικών κυττάρων στα φυτά περιορίζονται σε υπολογισμούς με βάση τον μιτωτικό δείκτη και τους ρυθμούς ανάπτυξης (5, 18) ή τους συνολικούς αριθμούς κυττάρων και το περιεχόμενο DNA (19), οι οποίοι δεν παρέχουν πληροφορίες για συσχετισμούς μεταξύ βάθους και ανάπτυξης των κυττάρων.

Σε αντίθεση με την έλλειψη γνώσης για το βάθος των κυττάρων, αναλύσεις κυτταρικής γενεαλογίας έχουν διεξαχθεί σε πολλά είδη φυτών. Η κύρια προέλευση όλων των υπέργειων ιστών ενός φυτού είναι μια δομή που μοιάζει με θόλο που ονομάζεται κορυφαίο μερίστωμα βλαστών (SAM). Αυτές οι αναλύσεις μοίρας κυττάρων έχουν δείξει ότι τα βλαστοκύτταρα εντός του SAM δεν έχουν προκαθορισμένες μοίρες, αλλά δημιουργούν όργανα με πιθανολογικό τρόπο με βάση τη θέση τους μέσα σε αυτήν τη θέση βλαστοκυττάρων (20 ⇓ ⇓ -23). Σε Arabidopsis, υπολογίζεται ότι δύο έως τέσσερα γενετικά αποτελεσματικά κύτταρα (GEC) στον ξηρό σπόρο είναι οι πρόγονοι των όψιμων ροζέτας καθώς και των λουλουδιών (20, 21, 24). Σε μεταλλαγμένα όψιμης άνθησης που υφίστανται παρατεταμένη βλαστική ανάπτυξη, τα επιπλέον φύλλα που παράγονται προέρχονται από αυτά τα δύο έως τέσσερα κύτταρα και όχι από την εκτεταμένη ανάπτυξη των κυττάρων που κανονικά είναι υπεύθυνα για τα προηγούμενα φύλλα (25). Παρόμοια αποτελέσματα έχουν αναφερθεί σε μεταλλάγματα αραβοσίτου που υφίστανται πρόσθετη βλαστική ανάπτυξη (26), υποδηλώνοντας ότι αυτό είναι ένα διατηρημένο χαρακτηριστικό της ανάπτυξης των φυτών. Είναι γενικά αποδεκτό ότι σε μεγαλύτερες περιόδους ανάπτυξης, οι διαιρέσεις των γενετικά αποτελεσματικών κυττάρων θα αυξήσουν το κυτταρικό βάθος στο SAM πριν από την ανθοφορία και τη γαμετογένεση, με αποτέλεσμα την αύξηση του αριθμού των σωματικά επίκτητων μεταλλάξεων που μεταδίδονται στους απογόνους (6).

Εδώ αναφέρουμε την ποσοτική ανάλυση των αντιγραφών του βλαστικού DNA στο Arabidopsis και ελέγξτε εάν ο αριθμός των επαναλήψεων αυξάνεται με την παρατεταμένη βλαστική ανάπτυξη. Χρησιμοποιήσαμε δύο ανεξάρτητες μεθοδολογίες, βασισμένες στις εγγενείς ιδιότητες της αντιγραφής του DNA. Πρώτον, μετρήσαμε την απώλεια τελομερούς DNA λόγω του προβλήματος τελικής αντιγραφής σε μεταλλάγματα τελομεράσης, τα οποία δεν είναι σε θέση να διατηρήσουν τα τελομερή. Δεύτερον, μετρήσαμε τη συσσώρευση μεταλλάξεων λόγω εσφαλμένης ενσωμάτωσης πολυμεράσης σε μεταλλάκτες με έλλειψη για επιδιόρθωση ασυμφωνίας. Αυτή η ανάλυση έδειξε ότι ο αριθμός των αντιγραφών DNA αυξήθηκε ελαφρά μόνο υπό συνθήκες μακράς διάρκειας ζωής, αποδεικνύοντας ότι το κυτταρικό βάθος των γαμετών δεν είναι γραμμικά ανάλογο με την περίοδο βλαστικής ανάπτυξης.


Κλωνική αιματοποίηση

Σωματική παραλλαγή που προκαλεί CH

Εδώ, χρησιμοποιούμε το «CH» ως όρο ομπρέλα που αναφέρεται στην παρουσία ενός διευρυμένου μεταλλαγμένου κλώνου οποιουδήποτε είδους μέσα στο αίμα, εξαιρουμένης της αντιδραστικής επέκτασης των ανοσοκυττάρων εντός των λεμφικών οργάνων και της ειλικρινούς κακοήθειας. Η CH είναι ένα συχνό φαινόμενο στον γενικό πληθυσμό και ο επιπολασμός της αυξάνεται σημαντικά με την ηλικία των 7,8,9,10,11 ετών. Το αίμα δεν είναι μοναδικό στη συσσώρευση μεταλλάξεων με την ηλικία, μια τάση που έχει επίσης παρατηρηθεί στα στερεά όργανα 12 , αν και η CH περιλαμβάνει ένα ξεχωριστό σύνολο επαναλαμβανόμενων μεταλλαγμένων γονιδίων και προέρχεται από μια άμεσα διαθέσιμη πηγή ιστού. Μέχρι σήμερα, η βιβλιογραφία έχει ταξινομήσει σε μεγάλο βαθμό τη CH με βάση τον τύπο της σωματικής παραλλαγής που μπορεί να παρατηρηθεί εντός του κλώνου: κέρδος, απώλεια και ουδέτερη ως προς το αντίγραφο απώλεια γεγονότων ετεροζυγωτίας (CN-LOH) που περιλαμβάνουν μεγάλο μέρος ενός χρωμοσώματος ή ενός νουκλεοτιδίου παραλλαγή και σύντομες εισαγωγές/διαγραφές (indels).

Μακράν η πιο κοινή γενετική αλλοίωση που παρατηρείται στο CH είναι η μωσαϊκή απώλεια του χρωμοσώματος Υ (mLOY) στους άνδρες 11,13,14,15,16. Επιπλέον, έχουν τεκμηριωθεί χρωμοσωμικές αλλοιώσεις μωσαϊκού (mCAs) 9,17,18, παραλλαγές μονονουκλεοτιδίου (SNVs) και indels σε γονίδια που σχετίζονται με μυελοειδείς κακοήθειες και υποτιθέμενες τυχαίες μεταλλάξεις/γονιδιωματική μετατόπιση (CH με άγνωστους οδηγούς) 8,10 . Ελλείψει αιματολογικής κακοήθειας, αυτά τα SNVs/indels είναι γνωστά ως CH απροσδιόριστου δυναμικού (CHIP) όταν οι μεταλλάξεις είναι παρούσες σε ≥2% παραλλαγμένο κλάσμα αλληλίου (VAF) 7,8. Αυτό το σχήμα ταξινόμησης είναι σε μεγάλο βαθμό ένα υποπροϊόν του τρόπου με τον οποίο προσδιορίζεται η CH σε υπάρχουσες μελέτες. Οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες, συμπεριλαμβανομένων των mLOY και mCAs, μπορούν να διερευνηθούν χρησιμοποιώντας συστοιχίες γονότυπου σε όλο το γονιδίωμα (όπως αυτές που χρησιμοποιούνται για μελέτες συσχέτισης σε όλο το γονιδίωμα (GWAS)), ενώ τα δεδομένα αλληλουχίας ολόκληρου του εξώματος ή ολόκληρου γονιδιώματος (WGS) μπορούν να αναγνωρίσουν SNV ή indels αλλά δεν είναι βέλτιστο για τον εντοπισμό συμβάντων mCA.

Από αυτούς τους υποτύπους CH, η συντριπτική πλειονότητα των μελετών κληρονομικού κινδύνου έχουν εξετάσει mLOY, mCAs ή CHIP, επομένως, το υπόλοιπο αυτής της Ανασκόπησης επικεντρώνεται σε αυτές τις τρεις οντότητες (Εικ. 1).

Η κλωνική αιματοποίηση αναφέρεται σε μια κλωνική επέκταση των κυττάρων του αίματος που συχνά αναγνωρίζονται με βάση κοινές γενετικές μεταλλάξεις. ένα | Ένας ιδιαίτερα κοινός τύπος κλωνικής αιματοποίησης είναι η μωσαϊκή απώλεια του χρωμοσώματος Υ (mLOY), μια οντότητα που συχνά μελετάται ξεχωριστά από άλλα μεγάλα χρωμοσωμικά συμβάντα. σι | Όταν μεγάλα τμήματα ενός ή περισσότερων χρωμοσωμάτων αποκτώνται, χάνονται ή ανασυνδυάζονται με αποτέλεσμα την απώλεια της ετεροζυγωτίας, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε κλωνική αιματοποίηση με μωσαϊκό χρωμοσωμικές αλλοιώσεις (mCAs). ντο | Η κλωνική αιματοποίηση μπορεί επίσης να συμβεί μέσω μεταλλάξεων σε γονίδια που σχετίζονται με μυελοειδή, που ονομάζεται κλωνική αιματοποίηση απροσδιόριστου δυναμικού (CHIP).

Επιδημιολογία Χ.Θ

Όλοι οι τύποι CH συνδέονται έντονα με την ηλικία. Έχει υποτεθεί ότι όλοι οι ενήλικες έχουν κάποιες μεταλλάξεις CH σε εξαιρετικά χαμηλά κλωνικά κλάσματα 19,20 αλλά οι εκτιμήσεις επιπολασμού για CH στον πληθυσμό βασίζονται τυπικά στην ταυτοποίηση κλώνων με VAF τουλάχιστον

2%, που είναι περίπου το όριο ανίχνευσης για πολλές κοινώς χρησιμοποιούμενες δοκιμασίες. Εκτιμάται ότι το 1,7–20% των ανδρών έχει κάποια ποσότητα mLOY 11,13,14,15,16,21, με τον επιπολασμό να αυξάνεται σε >40% των ατόμων μέχρι την ηλικία των 70 ετών στη μεγαλύτερη επιδημιολογική μελέτη μέχρι σήμερα 11 . Το χρωμόσωμα Χ φαίνεται να έχει χαμηλότερο ρυθμό απόκτησης mCA. Περίπου το 8% των γυναικών ηλικίας άνω των 65 ετών έχουν ανιχνεύσιμο μωσαϊκό χρωμοσώματος Χ 9 , ενώ οι άνδρες σπάνια έχουν μωσαϊκό χρωμοσώματος Χ στο αίμα σε οποιαδήποτε ηλικία 22 ετών. Τα αυτοσωματικά συμβάντα mCA είναι ο λιγότερο συχνά παρατηρούμενος τύπος CH, που επηρεάζει

1–5% του πληθυσμού ηλικίας άνω των 70 ετών 9,17,23,24,25,26, ενώ το CHIP εκτιμάται ότι επηρεάζει >10% των ατόμων ηλικίας άνω των 70 ετών 7,8,27. Ένα άτομο μπορεί να έχει και mCAs και CHIP ταυτόχρονα, κάτι που συμβαίνει συχνά με σημειακές μεταλλάξεις στο JAK2 (μια κινάση τυροσίνης που εμπλέκεται σε πολλαπλές οδούς σηματοδότησης κυτοκίνης 28 ) και συμβάντα mCA στον ίδιο τόπο 17,29. Ωστόσο, εκτός από το JAK2 τόπος, η συν-εμφάνιση CHIP και mCAs όπως προσδιορίζεται με μαζική αλληλούχιση/γονότυπο από το ίδιο άτομο φαίνεται να είναι ένα σπάνιο συμβάν 18,27, αν και ο επιπολασμός είναι υψηλότερος μεταξύ των ασθενών που έλαβαν θεραπεία για συμπαγείς όγκους 30 .

Ο επιπολασμός της CH ποικίλλει σε διάφορα δημογραφικά χαρακτηριστικά. Υπάρχει φυλετική προκατάληψη για συγκεκριμένες βλάβες mCA, με τις περισσότερες από αυτές να έχουν μεγαλύτερο επιπολασμό στους άνδρες 17,26. Αν και ορισμένες μελέτες έχουν προτείνει μια προκατάληψη για τον άνδρα για το CHIP 7 , άλλες μελέτες έχουν βρει ότι αυτή η συσχέτιση δεν παραμένει μετά τον έλεγχο για πιθανούς συγχυτές 27 . Ομάδες με διαφορετικές καταβολές έχουν επίσης διαφορετικό επιπολασμό. Για παράδειγμα, το mLOY παρατηρείται λιγότερο συχνά σε άτομα αφρικανικής καταγωγής από ό,τι ευρωπαϊκής καταγωγής (0,4% έναντι 1,8%) 15 . Εν τω μεταξύ, οι μεταλλάξεις CHIP παρατηρούνται λιγότερο συχνά σε άτομα που ταυτοποιούνται ως Ισπανόφωνοι 7,27 ή Ανατολικοασιατικοί 27 .

Υπάρχουν ουσιαστικές διαφορές μεταξύ ηλικίας στην κατανομή των μεταλλαγμένων γονιδίων CHIP 27,31. Συγκεκριμένα, μεταλλάξεις στην de novo μεθυλτρανσφεράση DNA DNMT3A και στο JAK2 μπορεί να παρατηρηθεί με κάποια κανονικότητα ξεκινώντας από την τρίτη και τέταρτη δεκαετία της ζωής, ενώ οι κλώνοι που φέρουν μεταλλάξεις σε γονίδια ματίσματος γενικά ανιχνεύονται όχι νωρίτερα από την πέμπτη και έκτη δεκαετία της ζωής 27,31. Ο βαθμός στον οποίο αυτή η κατανομή διαμορφώνεται από τις διαφορές στη μεταβλητότητα της αλληλουχίας DNA 20, το σχετικό πλεονέκτημα καταλληλότητας 20 ή τις αλληλεπιδράσεις με ένα γερασμένο μικροπεριβάλλον 31 εξακολουθεί να είναι ένας τομέας ενεργού έρευνας.

Οι περιβαλλοντικές εκθέσεις που αυξάνουν την απόκτηση σωματικής παραλλαγής συσχετίζονται σημαντικά με τον επιπολασμό της CH. Ειδικότερα, το κάπνισμα συνδέεται στενά με το CHIP 8,27,32 και το mLOY 11,13,14,15,16,33,34. Στην περίπτωση της κυτταροτοξικής χημειοθεραπείας και ακτινοθεραπείας, το φάσμα μεταλλάξεων εμφανίζει έναν αξιοσημείωτο εμπλουτισμό μεταλλάξεων στα γονίδια της οδού απόκρισης σε βλάβη του DNA 32,35,36. Η ανάπτυξη των κλώνων CH μετά από αντικαρκινική θεραπεία οφείλεται εν μέρει στην επέκταση των προϋπαρχόντων κλώνων με επιλεκτικό πλεονέκτημα 35 αλλά μπορεί επίσης να οφείλεται στην εισαγωγή νέων μεταλλάξεων από τους ίδιους τους αντικαρκινικούς παράγοντες 37 ή σε στοχαστικές επιδράσεις από ένα συμβάν συμφόρησης για HSCs.

Επιπτώσεις στην υγεία της CH

Αν και τα περισσότερα άτομα με CH έχουν φυσιολογικές αιματολογικές παραμέτρους, η CH σχετίζεται με σημαντικές επιπτώσεις στην υγεία. Όσον αφορά τις μεγαλύτερες χρωμοσωμικές ανωμαλίες, επιδημιολογικές μελέτες έχουν δείξει συσχετίσεις μεταξύ του mLOY και ενός ευρέος φάσματος αποτελεσμάτων υγείας στους άνδρες, συμπεριλαμβανομένης της θνησιμότητας από όλες τις αιτίες 15,21, πολλών τύπων καρκίνου 11,14,21,33,38,39, 40 , καρδιαγγειακά συμβάντα 41 , νόσος Alzheimer 42 , σχιζοφρένεια 43 , αυτοάνοση νόσος 44,45 , διαβήτης 15 και ηλικιακή εκφύλιση της ωχράς κηλίδας 46 . Τα αυτοσωματικά συμβάντα mCA έχουν συσχετιστεί με αυξημένο κίνδυνο αιματολογικών κακοηθειών 17,18,26,30 καθώς και με θνησιμότητα από όλες τις αιτίες που εξηγούνται μόνο εν μέρει από υπερβολικούς θανάτους από καρκίνο 9 . Επιπλέον, ακόμη και καθώς τα mCA συνδέονται ανεξάρτητα με αυξημένο κίνδυνο μυελοειδών κακοηθειών, μια αναδρομική ανάλυση ασθενών με συμπαγείς όγκους βρήκε σχετικά αυξημένα ποσοστά αιματολογικών κακοηθειών σε ασθενείς με mCAs και CHIP σε σύγκριση με αυτούς με οποιοδήποτε από τα δύο μόνο 30 . Το εάν η παρουσία διπλών mCAs/CHIP είναι δείκτης ατόμων με ιδιαίτερα ασταθή γονιδιώματα ή εάν ο συνδυασμός αυτών των βλαβών οδηγεί συνεργατικά σε κίνδυνο κακοήθειας παραμένει να καθοριστεί. Ο αυξημένος κίνδυνος μόλυνσης και οι σοβαρές μολυσματικές επιπλοκές μπορεί να ευθύνονται για ένα μέρος της υπερβολικής θνησιμότητας που παρατηρείται σε ασθενείς με mCA: μια πρόσφατη πολυεθνική μελέτη διαπίστωσε ότι τα συμβάντα mCA σχετίζονται μέτρια με κίνδυνο για ένα ευρύ φάσμα λοιμώξεων (αναλογία πιθανοτήτων (OR) = 1,06), συμπεριλαμβανομένου του κινδύνου νοσηλείας για COVID-19 (OR = 1,6) 47 . Οι σωματικές μεταλλάξεις σε υποτροπιάζοντα μεταλλαγμένα γονίδια CHIP έχουν μελετηθεί τόσο σε φυσικά επιδημιολογικά πλαίσια όσο και σε πειραματικά μοντέλα, τα οποία έχουν αποκαλύψει ισχυρούς συσχετισμούς με τη θνησιμότητα, την κακοήθεια και την καρδιαγγειακή νόσο. Η θνησιμότητα από όλες τις αιτίες είναι μεγαλύτερη σε άτομα με CHIP σε σύγκριση με χωρίς CHIP 7,10 αυτό οφείλεται εν μέρει στον αυξημένο κίνδυνο αιματολογικών κακοηθειών, ο οποίος έχει παρατηρηθεί σε πολλές μελέτες 7,8,10,48,49. Ωστόσο, τα άτομα με μεταλλάξεις CHIP έχουν υπερβολική θνησιμότητα σε σύγκριση με εκείνα που δεν φέρουν τέτοιες μεταλλάξεις ακόμη και μετά τον έλεγχο των θανάτων από καρκίνο του αίματος 7,10. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί εν μέρει από μια συσχέτιση μεταξύ CHIP και CVD. Σε πληθυσμιακό επίπεδο, το CHIP έχει συνδεθεί με μεγαλύτερη επιβάρυνση της νόσου των αθηροσκληρωτικών αγγείων και αυξημένο κίνδυνο εμφράγματος του μυοκαρδίου 50,51,52 καθώς και με υψηλότερα επίπεδα στο αίμα του φλεγμονώδους δείκτη C-αντιδρώσας πρωτεΐνης 53 . Τα μοντέλα ποντικών του CHIP έχουν δείξει μηχανιστικούς δεσμούς μεταξύ ορισμένων κοινών μεταλλάξεων CHIP και της επιταχυνόμενης αθηροσκλήρωσης 50,54,55 καθώς και της καρδιακής ανεπάρκειας 56,57.

Παρά το γεγονός ότι πολλά γονίδια που επηρεάζονται από σωματικές μεταλλάξεις CHIP έχουν συσχετιστεί με αυξημένο κίνδυνο καρκίνου και καρδιαγγειακής νόσου, υπάρχουν πρώιμες ενδείξεις για σημαντικές λειτουργικές διαφορές στον τρόπο με τον οποίο κάθε μεταλλαγμένο γονίδιο μπορεί να συμβάλλει σε αυτόν τον κίνδυνο. Για παράδειγμα, μεταλλάξεις στον παράγοντα ματίσματος U2AF1 συσχετίζονται με υψηλότερο κίνδυνο οξείας μυελογενούς λευχαιμίας (AML) και με μικρότερο χρόνο λανθάνουσας νόσου από τις μεταλλάξεις σε DNMT3A 48,58 . Σωματικές μεταλλάξεις σε ΤΕΤ2, που κωδικοποιεί μια διοξυγενάση που αντιτίθεται στη δράση του DNMT3A προάγοντας την απομεθυλίωση του DNA 58, και σε JAK2 σχετίζονται με τη στεφανιαία νόσο 50 αλλά μπορεί να διαφέρουν ως προς τον τρόπο με τον οποίο συμβάλλουν στη δυσλειτουργία των αιμοσφαιρίων. Σε μοντέλα ποντικιών, μεταλλάξεις σε Tet2, του οποίου το γονιδιακό προϊόν στρατολογεί το HDAC2 για την επίλυση της φλεγμονής που προκαλείται από την IL-6 59 , σχετίζονται με αυξημένη έκφραση Il1b, Il6, Cxcl1, Cxcl2 και Cxcl3 (αναφ. 50,54 ). Ενώ οι μεταλλάξεις σε Jak2 οδηγούν επίσης σε υψηλότερα Il1b έκφρασης, οδηγούν επιπλέον σε ερυθροφαγοκυττάρωση που προάγει την πλάκα 55 , έκκριση μικροκυστιδίων που προέρχονται από ερυθροκύτταρα που προκαλούν αρτηριακό σπασμό 60 και θρομβωτικές εξωκυτταρικές παγίδες ουδετερόφιλων 61 . Ωστόσο, απομένουν πολλά να μάθουμε σχετικά με τον σχετικό κίνδυνο εκβάσεων της νόσου με συγκεκριμένα γονίδια CHIP, πόσο μάλλον πώς ο κίνδυνος ασθένειας μπορεί να ποικίλλει σε διαφορετικές παραλλαγές που αλλάζουν την πρωτεΐνη σε κάθε γονίδιο. Η επιμέλεια μεγάλων κοορτών CHIP με δεδομένα κληρονομικού γονότυπου και βαθιάς φαινοτύπου θα επιτρέψει την περαιτέρω διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο η διακύμανση της βλαστικής σειράς επηρεάζει τον κίνδυνο CHIP σε ασθένεια.

Υπάρχουν συσσωρευμένες ενδείξεις ότι οι μεταλλάξεις του CHIP μπορεί να αλληλεπιδράσουν με ανθρώπινες ασθένειες πέρα ​​από τον καρκίνο και την καρδιαγγειακή νόσο. Οι σωματικές μεταλλάξεις CHIP έχουν συσχετιστεί με αρκετές ασθένειες στις οποίες η φλεγμονή εμφανίζεται έντονα, συμπεριλαμβανομένης της χρόνιας αποφρακτικής πνευμονοπάθειας 18,62, της αιμοφαγοκυτταρικής λεμφοϊστιοκυττάρωσης 63 και της αγγειίτιδας που σχετίζεται με το αντι-ουδετερόφιλο κυτταροπλασματικό αντίσωμα 64 . Το CHIP φαίνεται επίσης να σχετίζεται με διάφορους τύπους λοιμώξεων και με δυνητικά σοβαρές εκδηλώσεις ασθένειας μεταξύ εκείνων που έχουν μολυνθεί με SARS-CoV-2 (αναφ. 65), ίσως ως αποτέλεσμα της επιδείνωσης της φλεγμονώδους σηματοδότησης από το CHIP 66 . Αρκετές πρόσφατες αναλύσεις έχουν επίσης βρει υψηλά ποσοστά σωματικών μεταλλάξεων στα γονίδια CHIP σε άτομα με ανοσοανεπάρκεια από τον HIV, τα οποία μπορεί να είναι συνέπεια μιας κατάστασης προφλεγμονώδους νόσου, αλλά μπορεί εξίσου να οφείλονται στην εξασθενημένη κάθαρση των κλώνων CH από τα Τ κύτταρα 67 ,68 . Επιπλέον, το CHIP μπορεί να έχει δυναμικές αλληλεπιδράσεις με ορισμένες θεραπευτικές παρεμβάσεις. Μεταλλάξεις σε γονίδια CHIP που εμπλέκονται στην οδό απόκρισης βλάβης στο DNA, όπως π.χ TP53 και PPM1D, είναι ιδιαίτερα εμπλουτισμένα μετά από ακτινοθεραπεία ή θεραπεία με επιλεγμένες λίγες κυτταροτοξικές χημειοθεραπείες 32,35,69,70,71,72. Επιπλέον, το CHIP έχει συσχετιστεί με σημαντικά αυξημένη θνησιμότητα μετά από εμφύτευση διακαθετηριακής αορτικής βαλβίδας 73 , η οποία είναι η πρώτη ένδειξη ότι το CHIP μπορεί να έχει αντίκτυπο στα χειρουργικά/επεμβατικά αποτελέσματα. Αναδυόμενη έρευνα υποδηλώνει ότι το CHIP μπορεί να επηρεάσει τα αποτελέσματα των ασθενών μετά τη μεταμόσχευση HSC (HSCT). Τα μεταμοσχευμένα HSCs αντιμετωπίζουν πολλές μεγάλες και μοναδικές προκλήσεις, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής αναπαραγόμενης ζήτησης για την ανασύσταση ολόκληρου του πληθυσμού των αιμοσφαιρίων καθώς και της έκθεσης σε ανοσοκατασταλτικές και κυτταροτοξικές θεραπείες. Τα τρέχοντα στοιχεία (που συνοψίζονται όμορφα στις παραπομπές 74,75) υποδεικνύουν ότι το CHIP προερχόμενο από δότη δεν είναι ασυνήθιστο τόσο σε αλλογενείς λήπτες HSCT όσο και σε αυτόλογους λήπτες HSCT και μπορεί να αυξήσει τον κίνδυνο νόσου μοσχεύματος έναντι ξενιστή, λευχαιμίας που προέρχεται από δότη και συνολική θνησιμότητα, αν και Οι αλληλεπιδράσεις φαίνεται να είναι πολύπλοκες και μπορεί να εξαρτώνται τόσο από τα χαρακτηριστικά του ασθενούς όσο και από το εν λόγω γονίδιο CHIP.

Οι ετερόκλητες γονιδιωματικές βλάβες που παρατηρούνται στη CH και οι συσχετίσεις τους με ένα ευρύ φάσμα επακόλουθων αποτελεσμάτων για την υγεία έχουν ωθήσει την έρευνα σχετικά με το πώς η γενετική βλαστική γραμμή επηρεάζει την απόκτηση και την ανάπτυξη συγκεκριμένων σωματικών αλλαγών. Στην επόμενη ενότητα, συζητάμε τις συσχετίσεις μεταξύ κληρονομικών παραλλαγών και mLOY, mCA και CHIP που έχουν περιγραφεί μέχρι σήμερα (Εικ. 2).

Πολλοί βλαστικοί τόποι κινδύνου έχουν συνδεθεί με την ανάπτυξη κλωνικής αιματοποίησης (CH). Οι τρεις υποτύποι CH που έχουν λάβει τον μεγαλύτερο έλεγχο σε αυτόν τον τομέα είναι η απώλεια μωσαϊκού του χρωμοσώματος Υ (mLOY), οι μωσαϊκές χρωμοσωμικές αλλοιώσεις (mCAs) και η κλωνική αιματοποίηση απροσδιόριστου δυναμικού (CHIP). Αυτοί οι τρεις υποτύποι είναι εμπλουτισμένοι για πολλές από τις ίδιες παραλλαγές βλαστικής σειράς, όπως αυτές που επηρεάζουν τα γονίδια απόκρισης βλάβης στο DNA CHEK2 και ΑΤΜ, παράγοντας πολλαπλασιασμού TCL1Aκαι συστατικό τελομεράσης TERTΤο Ωστόσο, καθεμία από αυτές τις οντότητες διατηρεί επίσης τόπους κινδύνου μοναδικούς μόνο για αυτήν. Λαμβάνοντας υπόψη το φάσμα των παραλλαγών, ένα αξιοσημείωτο μοτίβο είναι η σπανιότητα των ειδικών για τη μίτωση γονιδίων στο CHIP σε σύγκριση με τη σχετική αφθονία τους σε mLOY και mCAs. Ένα άλλο ευρύ θέμα είναι ο υψηλός επιπολασμός των συσχετισμών που είχαν εντοπιστεί προηγουμένως μεταξύ αυτών των βλαστικών θέσεων και ασθενειών της γήρανσης, συμπεριλαμβανομένων των κακοηθειών, των καρδιαγγειακών παθήσεων και της άνοιας. Ο βαθμός στον οποίο η CH εμπλέκεται σε αυτές τις γνωστές συνδέσεις με τη νόσο μένει να προσδιοριστεί. Σημείωση: περισσότεροι από 150 τόποι έχουν συσχετιστεί με το mLOY, μόνο ένας μικρός αριθμός από τους οποίους απεικονίζεται σε αυτό το σχήμα.


Συζήτηση

Η απώλεια της δραστηριότητας της ελικάσης BLM προκαλεί γονιδιωματική αστάθεια και βλάπτει την απόπτωση, καθιστώντας τα άτομα με σύνδρομο Bloom επιρρεπή στον καρκίνο (19, 21, 24, 43, 44). Υπάρχουν αντικρουόμενα συμπεράσματα στη βιβλιογραφία ως προς το εάν φορείς ετερόζυγων BLM Οι μεταλλάξεις έχουν αυξημένο κίνδυνο καρκίνου (25, 29, 30, 45 ⇓ ⇓ -48). Μερικά πειράματα σε ποντίκια υποδηλώνουν ότι η δοσολογία BLM είναι ένας κρίσιμος τροποποιητής της ογκογένεσης και της δομικής γενετικής [όπως σε ασθενείς με διπλό ετερόζυγο καρκίνο του μαστού (47)] και ότι η έκθεση σε ορισμένους ιούς μπορεί να ρυθμίσει τον κίνδυνο καρκίνου σε φορείς BLM ετερόζυγες μεταλλάξεις (27).

Ανακαλύψαμε ότι 7 από τους 155 άσχετους ασθενείς με μεσοθηλίωμα έφεραν παθογόνο ετερόζυγη βλαστική σειρά BLM μεταλλάξεις. Για 2 από αυτά τα 7, είχαμε οικογενειακό γενεαλογικό: και οι δύο ασθενείς είχαν συγγενείς που είχαν αναπτύξει μεσοθηλίωμα που έφεραν το ίδιο BLM μεταλλάξεις όπως στο proband. Η βλαστική σειρά c.968A>G μετάλλαξη που βρέθηκε στην οικογένεια 2 ήταν επίσης παρούσα σε έναν φαινομενικά άσχετο ασθενή με μεσοθηλίωμα (Πίνακας 1). Αυτό το σημαντικό εύρημα (Π = 0,0017), δεδομένης μιας πιθανότητας μετάλλαξης 0,00039, μαζί με την υψηλή βαθμολογία CADD, υποστηρίζει την παθογόνο συνεισφέρουσα επίδραση αυτής της μετάλλαξης στο μεσοθηλίωμα.

Ετεροζυγωτικό in vitro BLM μεταλλάξεις προκάλεσαν γονιδιωματική αστάθεια. Μεσοθηλιακά κύτταρα από Blm +/− ποντίκια συσσώρευσαν υψηλότερο ποσοστό μικροπυρήνων όταν εκτέθηκαν στον αμίαντο και η αποσιώπηση του BLM σε κύτταρα HM που εκτέθηκαν στον αμίαντο καθυστέρησε τη φωσφορυλίωση του H2A.X. Γενικά, η μειωμένη ικανότητα επιδιόρθωσης του DNA οδηγεί σε ταχύτερη και παρατεταμένη επαγωγή του γ-H2A.X. Μια πρόσθετη ή εναλλακτική ερμηνεία της καθυστερημένης κινητικής του σχηματισμού γ-Η2Α.Χ (35) που προκαλείται από τον κροκιδόλιθο είναι ότι, δεδομένου ότι τα σπασίματα του μονόκλωνου DNA δεν είναι ισχυροί επαγωγείς των εστιών γ-Η2Α.Χ και ότι οι αλλοιώσεις του DNA που προκαλούνται από τον αμίαντο μπορεί να απαιτούν ένα δεύτερο βήμα για την παραγωγή μιας βλάβης που προκαλεί γ-Η2Α.Χ, το δεύτερο βήμα θα ήταν πιθανότατα η αντιγραφή του DNA, η οποία θα μπορούσε να οδηγήσει στον σχηματισμό DNA DSB κατά την αντιγραφή μέσω μιας θραύσης μονόκλωνου DNA. Επομένως, η καθυστερημένη φωσφορυλίωση του H2A.X σε κύτταρα με μειωμένα επίπεδα BLM θα μπορούσε επίσης να είναι η συνέπεια ενός πιο αργού κυτταρικού κύκλου και του επακόλουθου καθυστερημένου σχηματισμού DSB που εξαρτάται από την αντιγραφή του DNA (49).

Επιπλέον, η σίγαση του BLM προστάτευσε τα κύτταρα HM και τα μακροφάγα από την επαγόμενη από τον αμίαντο απόπτωση και τα κύτταρα μεσοθηλιώματος από τον κυτταρικό θάνατο που προκαλείται από το H2Ο2 και κεραμίδιο. Η μειωμένη απόπτωση αυξάνει το κλάσμα των κυττάρων που συσσωρεύουν γενετική βλάβη και που είναι επιρρεπή σε κακοήθη μετασχηματισμό και βοηθά τα καρκινικά κύτταρα να επιβιώσουν από τη χημειοθεραπεία (3, 17).

Σε μακροφάγους που έχουν σιγήσει με BLM, βρήκαμε αυξημένη απελευθέρωση του TNF-α, μιας κυτοκίνης που συνδέεται ισχυρά με την καρκινογένεση που προκαλείται από αμίαντο (36, 38 ⇓ ⇓ ⇓ -42). Αναλόγως, Blm +/− ποντίκια στα οποία έγινε ένεση κροκιδόλιθος είχαν αυξημένα μακροφάγα Μ1 και υψηλότερα επίπεδα TNF-α και άλλων προφλεγμονωδών κυτοκινών στην περιτοναϊκή πλύση σε σύγκριση με το WT. Αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν μια μηχανιστική λογική για την παρατήρηση που φέρουν τα ποντίκια Blm Οι ετερόζυγες μεταλλάξεις είναι πιο ευαίσθητες στην καρκινογένεση του αμιάντου σε σύγκριση με τα ποντίκια WT. Πράγματι, Blm +/− ποντίκια που εκτέθηκαν στον αμίαντο ανέπτυξαν σημαντικά υψηλότερη συχνότητα μεσοθηλιώματος και είχαν σημαντικά μικρότερη επιβίωση ειδική για το μεσοθηλίωμα, ένδειξη G×E. Αυτά τα ευρήματα δείχνουν ότι η έκθεση στον αμίαντο αυξάνει τον κίνδυνο μεσοθηλιώματος σε φορείς ετερόζυγων BLM μεταλλάξεις. Δεδομένου ότι τέσσερις από τους εννέα ασθενείς δεν ανέφεραν έκθεση, ετερόζυγοι BLM Οι μεταλλάξεις μπορεί επίσης να αυξήσουν τον κίνδυνο μεσοθηλιώματος per se.

Βρήκαμε ότι οι φορείς της βλαστικής σειράς BLM Οι μεταλλάξεις διατρέχουν αυξημένο κίνδυνο μεσοθηλιώματος επειδή: 1) η πιθανότητα εύρεσης ετερόζυγου παθογόνου βλαστικής σειράς BLM οι μεταλλάξεις είναι σημαντικά υψηλότερες μεταξύ των ασθενών με μεσοθηλίωμα από ότι στον γενικό πληθυσμό (Π = 6,7E-10) 2) σε πληγείσες οικογένειες, το μεσοθηλίωμα αναπτύχθηκε μόνο σε άτομα που κληρονόμησαν BLM μετάλλαξη και 3) η συχνότητα του μεσοθηλιώματος ήταν υψηλότερη σε Blm +/− ποντίκια που εκτέθηκαν στον αμίαντο. Η παρατηρούμενη γονιδιωματική αστάθεια και η εξασθένηση του επαγόμενου από τον αμίαντο κυτταρικού θανάτου σε κύτταρα με μειωμένα επίπεδα BLM, καθώς και η αλλοιωμένη φλεγμονώδης απόκριση σε ανθρώπινα μακροφάγα με μειωμένα επίπεδα BLM και σε Blm +/− ποντίκια, παρέχουν μια μηχανιστική λογική για αυτά τα ευρήματα. Όσον αφορά την πιθανή σχέση αυτών των ευρημάτων με άλλες κακοήθειες, είναι ακόμη άγνωστο ποια είναι η συχνότητα BLM +/− μεταλλάξεις υπάρχουν σε όλους τους καρκίνους.

Συνοπτικά, εντοπίσαμε μια οικογένεια μεσοθηλιώματος στην Τουρκία με ετερόζυγη βλαστική σειρά BLM μεταλλάξεις. Αυτό μας οδήγησε να ερευνήσουμε BLM στις οικογένειες μεσοθηλιώματος των ΗΠΑ: τα συνδυασμένα ευρήματα έδειξαν ότι φορείς ετερόζυγης βλαστικής σειράς BLM Οι μεταλλάξεις διατρέχουν αυξημένο κίνδυνο εμφάνισης μεσοθηλιώματος. Επικυρώσαμε αυτά τα ευρήματα στο α Blm μοντέλο ετερόζυγου μεταλλαγμένου ποντικού και διευκρινισμένοι μηχανισμοί στην καλλιέργεια ιστών. Επίσης, εντοπίσαμε 80 άτομα που φέρουν ετερόζυγα BLM παραλλαγές απώλειας λειτουργίας σε μια ομάδα των ΗΠΑ στη Νεβάδα (29.553 άτομα) στην οποία, με την υποστήριξη του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστημών Περιβαλλοντικής Υγείας, μελετάμε τη σχέση μεταξύ μεταλλάξεων βλαστικής σειράς και έκθεσης σε περιβαλλοντικές καρκινογόνες ουσίες. Μπορεί να δικαιολογούνται μέτρα πρόληψης της έκθεσης BLM Μεταλλαγμένοι φορείς, για παράδειγμα, μπορεί να αποφασίσουν να μην ταξιδέψουν σε περιοχές όπου αμίαντος και άλλες καρκινογόνες ίνες υπάρχουν σε αφθονία στο περιβάλλον (1, 50) και να αποφύγουν την εργασία σε επαγγέλματα που συνδέονται με κίνδυνο έκθεσης στον αμίαντο. Μπορούν επίσης να επωφεληθούν από τον έλεγχο έγκαιρης ανίχνευσης σύμφωνα με τις γραμμές μιας κλινικής δοκιμής NCI για BAP1 φορείς μετάλλαξης (ClinicalTrials.gov αναγνωριστικό NCT03830229).


Συζήτηση

Επιπτώσεις για τη γένεση της μετάλλαξης

Ξεκινήσαμε να ελέγξουμε αν οι διαφορές στα ποσοστά μετάλλαξης των μπαμπουίνων και των ανθρώπων εξηγούνται εύκολα από το ιστορικό της ζωής τους. Ως σημείο εκκίνησης, εξετάσαμε ένα απλό μοντέλο στο οποίο οι μεταλλάξεις είναι ανάλογες με τις κυτταρικές διαιρέσεις, τα θηλυκά έχουν τον ίδιο αριθμό κυτταρικών διαιρέσεων στα 2 είδη και τα ποσοστά μετάλλαξης διαίρεσης ανά κύτταρο κατά την οντογένεση είναι τα ίδια στα 2 είδη. Σύμφωνα με αυτές τις υποθέσεις, θα περιμέναμε μια ισχυρότερη επίδραση της πατρικής ηλικίας στους μπαμπουίνους και μια υψηλότερη προκατάληψη μετάλλαξης αρσενικών στους ανθρώπους. Καμία από αυτές τις προσδοκίες δεν ικανοποιείται: Η επίδραση της πατρικής ηλικίας δεν είναι εμφανώς ισχυρότερη στους μπαμπουίνους και η προκατάληψη των αρσενικών είναι παρόμοια - όπως συμβαίνει σε άλλα θηλαστικά για τα οποία υπάρχουν άμεσες γενεαλογικές εκτιμήσεις των ποσοστών που σχετίζονται με το φύλο (Εικόνα 3Β).

Μια πιθανή πιθανότητα είναι ότι ορισμένες από τις υποθέσεις μας είναι λανθασμένες.Συγκεκριμένα, μια πρόσφατη ανασκόπηση υποστήριξε ότι οι μεταλλάξεις της βλαστικής σειράς είναι αναπαραγόμενες στην προέλευση και ως εκ τούτου παρακολουθούν τις κυτταρικές διαιρέσεις, αλλά ότι το ποσοστό των διαιρέσεων SSC είναι πολύ χαμηλότερο από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως [45]. Αν και εύλογη [45,46], αυτή η εξήγηση από μόνη της δεν θα εξηγούσε τα ευρήματά μας: Εάν οι μεταλλάξεις οφείλονταν σε σφάλματα αντιγραφής και εάν τα ποσοστά διαιρέσεων SSC ήταν πολύ χαμηλά, τότε χωρίς να κάνουμε περαιτέρω υποθέσεις, θα περιμέναμε ποσοστά πατρικής μετάλλαξης σε ανθρώπους και μπαμπουίνους ανά γενιά να είναι πολύ παρόμοια, όταν δεν είναι. Με τη σειρά του, το περίπου 2 φορές χαμηλότερο ποσοστό μετάλλαξης που παρατηρείται στους μπαμπουίνους σε σύγκριση με τα ανθρώπινα θηλυκά θα μπορούσε να εξηγηθεί εάν υπάρχουν λιγότεροι γύροι αντιγραφής DNA σε μπαμπουίνους από τους ανθρώπους (ή μεγαλύτερη πιστότητα αντιγραφής). Έτσι, οι επιμέρους παρατηρήσεις μπορούν να εξηγηθούν κάτω από ένα αναπαραγόμενο μοντέλο με επίκληση συγκεκριμένων παραμέτρων.

Μαζί με άλλες μελέτες, ωστόσο, τα ευρήματά μας προσθέτουν σε ένα αυξανόμενο σύνολο παρατηρήσεων που δεν ταιριάζουν εύκολα σε ένα μοντέλο στο οποίο οι περισσότερες μεταλλάξεις βλαστικής σειράς παρακολουθούν τις κυτταρικές διαιρέσεις, συμπεριλαμβανομένου ότι (1) σε ανθρώπους και μπαμπουίνους, υπάρχει μια επίδραση της ηλικίας της μητέρας σχετικά με τις μεταλλάξεις, η οποία συμβάλλει σε σημαντικό ποσοστό μητρικών μεταλλάξεων, παρά την απουσία κυτταρικών διαιρέσεων μετά τη γέννηση της μελλοντικής μητέρας [17,19,32 αυτή η εργασία] (2) η προκατάληψη της ανδρικής μετάλλαξης στους ανθρώπους είναι ήδη περίπου 3:1 κατά την εφηβεία, όταν τα γεννητικά κύτταρα από τα 2 φύλα πιστεύεται ότι έχουν βιώσει παρόμοιο αριθμό κυτταρικών διαιρέσεων μέχρι τότε [32] (3) στους ανθρώπους, η προκατάληψη της ανδρικής μετάλλαξης μόλις και μετά βίας αυξάνεται με την ηλικία των γονέων, και ακόμη λιγότερο όταν αποκλείονται οι μεταβάσεις CpG, παρά τις συνεχιζόμενες διαιρέσεις SSC [32] και (4) η προκατάληψη του φύλου στα ποσοστά μετάλλαξης είναι περίπου παρόμοια στα θηλαστικά [αυτή η εργασία 4]. Η παρατήρηση 1 δείχνει ότι ένα μη αμελητέο κλάσμα μεταλλάξεων στα θηλυκά είναι μη αναπαραγόμενο. Οι παρατηρήσεις 2-4 θα μπορούσαν να εξηγηθούν με σφάλματα αντιγραφής εάν υποθέσουμε ότι ορισμένες τρέχουσες πεποιθήσεις σχετικά με τη σπερματογένεση είναι εσφαλμένες: συγκεκριμένα, ότι υπάρχουν περισσότερες (ή περισσότερες μεταλλαξιογόνες) κυτταρικές διαιρέσεις στους άνδρες από τις γυναίκες πριν από την εφηβεία και ότι υπάρχουν λιγότερες (ή λιγότερο μεταλλαξιογόνες) κυτταρικές διαιρέσεις στους άνδρες μετά την εφηβεία. Ακόμα κι αν ισχύουν και οι δύο συνθήκες, όλες οι παράμετροι θα πρέπει να εξαλειφθούν εύκολα τόσο στους ανθρώπους όσο και στα θηλαστικά για να δημιουργήσουν μια προφανή εξάρτηση από τον απόλυτο χρόνο και όχι από τις κυτταρικές διαιρέσεις [16] και μια σχετική σταθερότητα της αρσενικής προκατάληψης στη μετάλλαξη.

Μια εναλλακτική είναι ότι οι μεταλλάξεις βλαστικής σειράς οφείλονται κυρίως σε βλάβες και στα δύο φύλα. Η καταμέτρηση και των 4 παρατηρήσεων θα απαιτούσε να συσσωρευτεί η ζημιά με σχετικά σταθερό ρυθμό στα θηλαστικά, αλλά σε κάπως υψηλότερο ποσοστό στα αρσενικά από ό,τι στα θηλυκά και να αποκατασταθεί αναποτελεσματικά σε σχέση με τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου [16]. Κατ' αρχήν, αυτή η υπόθεση θα μπορούσε στη συνέχεια να εξηγήσει τη σχετική σταθερότητα της μεροληψίας μετάλλαξης των αρσενικών με τις γονικές ηλικίες στους ανθρώπους, την ομοιότητα της προκατάληψης της αρσενικής μετάλλαξης μεταξύ των θηλαστικών και την ομοιότητα του φάσματος μετάλλαξης στα 2 φύλα. Θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει γιατί τα ποσοστά μετάλλαξης πρωτευόντων ανά γενιά φαίνεται να ακολουθούν χονδρικά τις τυπικές ηλικίες αναπαραγωγής [αυτό το έγγραφο 25]. Ωστόσο, απαιτεί επίσης μια σειρά από υποθέσεις, και αυτές μένουν να δοκιμαστούν (π.χ., [47]).

Συγκρίνοντας τα σύγχρονα ποσοστά μετάλλαξης και τα ποσοστά υποκατάστασης

Οι μελέτες της απόκλισης στα πρωτεύοντα αποδεικνύουν ξεκάθαρα ότι τα ποσοστά ουδέτερης υποκατάστασης ποικίλλουν σημαντικά σε όλη τη φυλογένεση [29]. Συγκεκριμένα, ο μπαμπουίνος της ελιάς έχει συγκεντρώσει 35% περισσότερες υποκαταστάσεις κατά μήκος της γενεαλογίας του σε σύγκριση με τον άνθρωπο από τον κοινό πρόγονό του (Εικ. 4Α). Εάν είναι ουδέτερες, οι μεταλλάξεις αναμένεται να σταθεροποιηθούν με τον ρυθμό με τον οποίο προκύπτουν [48]. Έτσι, θα περιμέναμε το ποσοστό μετάλλαξης ανά μονάδα χρόνου στους μπαμπουίνους να είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό στους ανθρώπους. Για να αξιολογήσουμε αυτήν την υπόθεση, μετατρέψαμε τα de novo ποσοστά μετάλλαξης βλαστικής σειράς μας σε ετήσια ποσοστά χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο με μέσο όρο φύλου που αντιπροσωπεύει τις ειδικές για το φύλο σχέσεις των ποσοστών μετάλλαξης με την ηλικία και τα χαρακτηριστικά του ιστορικού ζωής ανάλογα με το φύλο [42]. Αυτό απέδωσε ετήσιους ρυθμούς μετάλλαξης 5,49×10-10 στους μπαμπουίνους, 35% (95% CI 18%-51%) μεγαλύτερο από το ποσοστό 4,08×10-10 στους ανθρώπους (Εικόνα 4Β). Έτσι, η αναλογία των σημερινών ετήσιων ρυθμών μετάλλαξης φαίνεται να είναι αρκετά συνεπής με την παρατηρούμενη αναλογία ποσοστού υποκατάστασης σε αυτά τα 2 είδη.

(Α) Φυλογενετική σχέση μεταξύ ανθρώπων και μπαμπουίνων με μια εξωομάδα marmoset (πίθηκος του Νέου Κόσμου). Τα μήκη διακλάδωσης υποδηλώνουν τον ρυθμό αυτοσωμικής υποκατάστασης ανά bp από τη διάσπαση του OWM-marmoset όπως μετρήθηκε χρησιμοποιώντας δεδομένα από το [29] για όλους τους τύπους μεταλλάξεων σε πιθανώς ουδέτερες περιοχές του γονιδιώματος. Η σχετική διαφορά μήκους κλαδιού μεταξύ των γενεαλογιών μπαμπουίνων και ανθρώπων υποδεικνύεται με μωβ. (Β) Ποσοστά μετάλλαξης κατά μέσο όρο φύλου ανά έτος. Τα ποσοστά μετάλλαξης βασίστηκαν σε προσαρμοσμένες τιμές για τυπικούς χρόνους γενεάς (δηλαδή, υποθέτοντας 32,0 και 28,2 χρόνια σε ανθρώπους αρσενικά και θηλυκά, αντίστοιχα, και 10,7 και 10,2 χρόνια σε αρσενικά και θηλυκά μπαμπουίνι) και μετατράπηκαν σε ένα μέσο ποσοστό μετάλλαξης ανά έτος. ακολουθώντας [42]. Οι κάθετες γραμμές υποδεικνύουν το εύρος που καλύπτεται από το 95% CI της τομής και την κλίση των παλινδρομήσεων της επίδρασης ηλικίας. (Γ) Η αναλογία των ετήσιων ρυθμών μετάλλαξης και υποκατάστασης σε μπαμπουίνο σε σχέση με τον άνθρωπο, όπως εκτιμάται για τους διαφορετικούς πιθανούς τύπους που περιλαμβάνουν συνδυασμούς ισχυρών (S: G/C) και ασθενών (W: A/T) bp. Κάθε σημείο υποδηλώνει έναν διαφορετικό τύπο και οι τύποι από ισχυρό προς αδύναμο (S>W) διαχωρίστηκαν σε αυτούς που εμφανίστηκαν σε μια τοποθεσία CpG ή μη CpG. Τα σημεία χρωματίζονται ανάλογα με το αν η μετατροπή γονιδίου με προκατάληψη GC αναμένεται να ευνοήσει (ανοιχτό κόκκινο), δυσμενή (σκούρο κόκκινο) ή να μην έχει καμία επίδραση (μπλε) στον τύπο της μετάλλαξης. Οι οριζόντιες γραμμές υποδηλώνουν 95% CI στην αναλογία ρυθμού μετάλλαξης που υπολογίζεται με επαναδειγματοληψία μπλοκ 50 cm. Το ανώτερο CI για CpG S>W εκτείνεται εκτός πλαισίου στο 2,8. Οι σημειακές εκτιμήσεις για τα ποσοστά υποκατάστασης σε μπαμπουίνους και ανθρώπους ελήφθησαν από το [29]. Η γραμμή ταυτότητας σχεδιάζεται με γκρι χρώμα για αναφορά. (Δ) Προβλεπόμενοι χρόνοι απόκλισης των ανθρώπων και των OWM ως συνάρτηση των ηλικιών των γονέων. Οι χρόνοι απόκλισης προβλέφθηκαν χρησιμοποιώντας ποσοστά μετάλλαξης και αυτοσωματικής υποκατάστασης που μετρήθηκαν σε ανθρώπους (γαλαζοπράσινο) και μπαμπουίνους (πορτοκαλί), σε ένα διάστημα εύλογων χρόνων της προηγούμενης γενιάς. Κάθε σημείο εντός των σκιασμένων περιοχών αντιπροσωπεύει τον χρόνο απόκλισης που υπολογίζεται σε έναν συγκεκριμένο χρόνο γενεάς από τον πατέρα (άξονας x) και τον λόγο χρόνου γενεάς από πατέρα προς μητέρα (που κυμαίνεται από 0,8 έως 1,2), όπως υποδεικνύεται με μωβ. Η διακεκομμένη γκρίζα γραμμή υποδεικνύει ένα εύλογο άνω όριο για τον διαχωρισμό του χρόνου που προκύπτει από το αρχείο απολιθωμάτων [49,50]. Τα υποκείμενα δεδομένα για αυτόν τον αριθμό βρίσκονται στα δεδομένα S2. BGC, προκατειλημμένη μετατροπή γονιδίου bp, ζεύγος βάσεων cM centimorgan CpG, 5'-κυτοσίνη-φωσφορική-γουανίνη-3' OWM, πίθηκος Παλαιού Κόσμου.

Επειδή η προκατειλημμένη γονιδιακή μετατροπή στη μετάλλαξη δρα σαν επιλογή και επηρεάζει τη διαδικασία υποκατάστασης, διαχωρίσαμε περαιτέρω τις υποκαταστάσεις ανά τύπο, ανάλογα με το αν η πιθανότητα στερέωσης ήταν αυξημένη, μειωμένη ή ανεπηρέαστη από την προκατειλημμένη γονιδιακή μετατροπή, τα ευρήματά μας είναι τα αναμενόμενα, με τις μεταλλάξεις να ευνοούνται. ή δυσμενή) από προκατειλημμένη γονιδιακή μετατροπή που δείχνει ελαφρώς υψηλότερους (ή χαμηλότερους) ρυθμούς υποκατάστασης σε σχέση με τους ρυθμούς μετάλλαξης (Σχήμα 4C). Αν και δεν έχουν υπολογιστεί με ακρίβεια, οι τύποι μετάλλαξης που δεν υπόκεινται σε προκατειλημμένη γονιδιακή μετατροπή (Ισχυρή [G/C] > Ισχυρή και Ασθενής [A/T] > Ασθενής) δείχνουν καλή συμφωνία μεταξύ των ποσοστών μετάλλαξης και υποκατάστασης.

Εάν οι μεταλλάξεις είναι ουδέτερες και συσσωρεύονται με σταθερό ρυθμό, μπορούμε να συσχετίσουμε τα επίπεδα απόκλισης με τα ποσοστά μετάλλαξης για να υπολογίσουμε τον μέσο χρόνο στον πιο πρόσφατο κοινό πρόγονο (MRCA), στην περίπτωση αυτή των OWM και των μεγάλων πιθήκων. Η διαίρεση του ρυθμού ανθρώπινης ουδέτερης υποκατάστασης με τον ετήσιο ρυθμό μετάλλαξης αποδίδει χρόνο 64 εκατομμυρίων ετών (My), ενώ ο ίδιος υπολογισμός με χρήση ποσοστών που υπολογίζονται στους μπαμπουίνους αποδίδει χρόνο απόκλισης 65 My. Ωστόσο, τα στοιχεία από το αρχείο απολιθωμάτων χρονολογούν ότι ο πληθυσμός των μεγάλων πιθήκων OWM χώρισε το χρόνο στο 35 My [49,50] το πολύ. Παρόλο που οι εκτιμήσεις που βασίζονται στην απόκλιση αφορούν τον μέσο χρόνο στο MRCA και όχι στον διαχωρισμένο χρόνο, αυτοί οι δύο αναμένεται να είναι πολύ παρόμοιοι για είδη που αποκλίνουν τόσο (σε μονάδες Νμι γενιές, όπου Νμι είναι το πραγματικό μέγεθος πληθυσμού) [51]. Έτσι, ο αριθμός των αντικαταστάσεων υποδηλώνει ένα μοίρασμα χρόνου που είναι απίστευτα παλιό.

Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι τα ετήσια ποσοστά μετάλλαξης τόσο στη γενεαλογία των ανθρώπων όσο και των μπαμπουίνων έχουν επιβραδυνθεί προς το παρόν λόγω αλλαγών μόνο στα χαρακτηριστικά του ιστορικού της ζωής [14,28,42]. Εξερευνήσαμε αυτήν την υπόθεση εξετάζοντας την επίδραση του ιστορικού χρόνου γενεάς στον συναγόμενο μέσο χρόνο για τον κοινό πρόγονο (Εικόνα 4D). Μεταβάλαμε τους χρόνους της πατρικής γενεάς που κυμαίνονταν από ένα κατώτερο όριο των 3 ετών (η μέση ηλικία αναπαραγωγής διαφόρων ειδών πιθήκων του Νέου Κόσμου [51]) και στα δύο είδη έως τα ανώτερα όρια των 32 ετών στους ανθρώπους και 15 ετών στους μπαμπουίνους, επιτρέψαμε περαιτέρω το αρσενικό -Η χρονική αναλογία γενεών προς θηλυκό να κυμαίνεται από 0,8 έως 1,2 [42]. Χρησιμοποιήσαμε τις εκτιμήσεις των σημείων επίδρασης ηλικίας που δημοσιεύθηκαν από τον Gao και τους συνεργάτες [32] ως τις παραμέτρους της επίδρασης ηλικίας των ανθρώπων στο μοντέλο μας, με το σκεπτικό ότι - από ένα μεγαλύτερο δείγμα - αυτές οι εκτιμήσεις θα ήταν πιο ακριβείς στους ανθρώπους. Δεδομένου ότι είχαμε πολύ λίγα τρίο μπαμπουίνων για να εκτιμήσουμε επακριβώς τις παραμέτρους, υποθέσαμε ότι η ισχύς των επιπτώσεων της γονικής ηλικίας στους μπαμπουίνους είναι παρόμοια με αυτή των ανθρώπων και χρησιμοποιήσαμε τις εκτιμήσεις του Γκάο και των συναδέλφων του για να μοντελοποιήσουμε τη συσσώρευση μετάλλαξης και στους μπαμπουίνους, παρά τη δοκιμαστική στοιχεία ότι η επίδραση της πατρικής ηλικίας του μπαμπουίνου μπορεί να είναι πιο αδύναμη (S7 Εικ.). Η ανάλυσή μας πρότεινε ότι, και στα δύο είδη, θα απαιτούνταν απίστευτα χαμηλοί χρόνοι παραγωγής περίπου 3-5 ετών για να προκύψουν χρόνοι απόκλισης που είναι περισσότερο σύμφωνοι με τις εκτιμήσεις που βασίζονται σε απολιθώματα και ακόμη και μετά βίας. Αντί να χρησιμοποιήσουμε τις δικές μας εκτιμήσεις για τις παραμέτρους της επίδρασης της ηλικίας σε αρσενικά και θηλυκά μπαμπουίνους οδηγεί στο ίδιο συμπέρασμα (S8 Σχήμα). Έτσι, τα αποτελέσματά μας επεκτείνουν το παζλ που επισημάνθηκε για πρώτη φορά από τους Scally και Durbin [53] μιας φαινομενικής αποσύνδεσης μεταξύ των εξελικτικών χρόνων που προτείνονται από φυλογενετικά και γενεαλογικά δεδομένα στους ανθρώπους. Η συμφιλίωσή τους τώρα απαιτεί όχι μόνο επιβράδυνση του ρυθμού μετάλλαξης ανά γενιά στους ανθρώπους αλλά και στους μπαμπουίνους.

Μια παράλληλη επιβράδυνση και στις δύο γενεαλογίες φαίνεται εξαιρετικά απίθανη εάν οι μεταλλάξεις είναι αναπαραγόμενες στην προέλευση, δεδομένου ότι οι αλλαγές στο ιστορικό ζωής δεν μπορούν να εξηγήσουν εύλογα το μέγεθος της επίδρασης. Κατ' αρχήν, θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ότι τα ποσοστά μετάλλαξης βλαστικής σειράς στα 2 είδη διαμορφώνονται από το ίδιο εξωγενές μεταλλαξιογόνο και ότι μια μετατόπιση που συμβαίνει μετά τη διάσπασή τους επηρέασε παρόμοια ποσοστά και στις δύο γενεές, οδηγώντας σε παράλληλη επιβράδυνση. Εάν ναι, η αλλαγή στο ποσοστό ζημιάς δεν θα μπορούσε να έχει επηρεάσει πολύ την αναλογία των μεταλλάξεων αρσενικού προς θηλυκό, επειδή α φαίνεται να είναι παρόμοια και στα δύο είδη. Για να αξιολογηθεί αυτή η πιθανότητα, θα είναι σημαντικό να ληφθούν συγκρίσιμες εκτιμήσεις από περισσότερα είδη, ειδικότερα, μια εξωομάδα σε OWM και πιθήκους, όπως ένας πίθηκος του Νέου Κόσμου. Μια εναλλακτική είναι ότι το αρχείο απολιθωμάτων του OWM έχει παρερμηνευθεί για να προτείνει έναν πιο πρόσφατο διαχωρισμό του χρόνου των OWM και των πιθήκων από ό,τι συμβαίνει στην πραγματικότητα.

Γενικότερα, αν και έχουμε υποστηρίξει παραπάνω ότι τα πρότυπα μετάλλαξης βλαστικής σειράς σε ανθρώπους και μπαμπουίνους εξηγούνται ευκολότερα εάν οφείλονται κυρίως σε βλάβη, μια τέτοια υπόθεση δεν παρέχει άμεση εξήγηση για το γιατί τα ποσοστά μετάλλαξης και υποκατάστασης ανά έτος ποικίλλουν μεταξύ των ειδών θηλαστικών. ή τείνουν να είναι υψηλότερα σε μικρότερης διάρκειας [12,14-16,54]. Μια πιθανότητα είναι ότι τα ποσοστά της ζημιάς ποικίλλουν κάπως με τα χαρακτηριστικά του ιστορικού της ζωής [55], με μια τάση προς υψηλότερα ποσοστά ζημίας στα βραχύχρονα είδη. Από αυτή την άποψη, θα ήταν ενδιαφέρον να χαρακτηριστούν τα ποσοστά υποκατάστασης σε σύνολα ειδών που διαφέρουν ως προς τις περιβαλλοντικές εκθέσεις και τους μεταβολικούς ρυθμούς τους και να εξεταστούν οι διαφορές στο φάσμα μεταλλάξεών τους υπό το φως γνωστών μεταλλαξιγόνων (π.χ., [9]).


Υλικά και μέθοδοι

Μεμονωμένα εκσπερματώματα από 89 υγιείς άνδρες (ηλικίας 22� ετών) δόθηκαν ανώνυμα και καταγράφηκε η ηλικία του δότη. Λήφθηκαν δείγματα αίματος από επτά άτομα ηλικίας 36� ετών. Ελήφθη γραπτή ενημερωμένη συγκατάθεση από όλους τους δότες και συλλέχθηκαν δείγματα με την άδεια της Επιτροπής Δεοντολογίας της Έρευνας του Oxfordshire (OxREC C03.076). Για ανάλυση SpS, συλλέχθηκαν 33 δείγματα από αρχεία ιστών. Για μια λεπτομερή περιγραφή των μεθόδων, βλ Κείμενο SI.


Βιβλιογραφικές αναφορές

Loeb S, Ross AE. Γονιδιωματικός έλεγχος για εντοπισμένο καρκίνο του προστάτη: πού πάμε από εδώ; Curr Opin Urol 2017 27 : 495 – 499 .

Boström PJ, Bjartell AS, Catto JW, et al. Το Γονιδιωματικοί προγνωστικοί παράγοντες έκβασης στον καρκίνο του προστάτη. Ευρώ Urol 2015 68 : 1033 – 1044 .

Boström PJ, Bjartell AS, Catto JW,

Loeb S, Carter HB, Catalona WJ, et al. Το Βασικός έλεγχος ειδικού προστατικού αντιγόνου σε νεαρή ηλικία. Ευρώ Urol 2012 61 : 1 – 7 .

Loeb S, Carter HB, Catalona WJ,

Mohler JL, Antonarakis ES, Armstrong AJ, et al. Το NCCN Clinical Practice Guidelines in Oncology: Prostate Cancer. Έκδοση 2.2019. Πρόσβαση στις 15 Μαρτίου 2019. Για να δείτε την πιο πρόσφατη έκδοση, επισκεφτείτε το NCCN.org .

Pritchard CC, Mateo J, Walsh MF, et al. Το Κληρονομικές μεταλλάξεις γονιδίων επιδιόρθωσης DNA σε άνδρες με μεταστατικό καρκίνο του προστάτη. N Engl J Med 2016 375 : 443 – 453 .

Pritchard CC, Mateo J, Walsh MF,

Castro E, Romero-Laorden Ν, Del Pozo Α, et al. Το PROREPAIR-B: μια προοπτική μελέτη κοόρτης της επίδρασης των μεταλλάξεων επιδιόρθωσης του βλαστικού DNA στα αποτελέσματα ασθενών με καρκίνο του προστάτη ανθεκτικό στον μεταστατικό ευνουχισμό. J Clin Oncol 2019 37 : 490 – 503 .

Castro E, Romero-Laorden N, Del Pozo A,

Mandelker D, Zhang L, Kemel Υ, et αϊ. Το Ανίχνευση μεταλλάξεων σε ασθενείς με προχωρημένο καρκίνο με καθολική αλληλούχιση των γονιδίων που σχετίζονται με τον καρκίνο στον όγκο και στο φυσιολογικό DNA έναντι της βλαστικής γραμμής που βασίζεται σε κατευθυντήριες γραμμές. ΤΖΑΜΑ 2017 318 : 825 – 835 .

Mandelker D, Zhang L, Kemel Y,

Cheng HH, Klemfuss Ν, Montgomery Β, et al. Το Μια πιλοτική μελέτη κλινικής στοχευμένης αλληλουχίας επόμενης γενιάς για τον καρκίνο του προστάτη: συνέπειες για τη θεραπεία και τη γενετική συμβουλευτική. Προστάτης 2016 76 : 1303 – 1311 .

Cheng HH, Klemfuss N, Montgomery B,

Daly MB, Axilbund JE, Buys S, et al. Το Γενετική/οικογενειακή εκτίμηση υψηλού κινδύνου: μαστός και ωοθήκη. J Natl Compr Canc Netw 2010 8: 562 – 594. Για να δείτε την πιο πρόσφατη έκδοση, επισκεφτείτε το NCCN.org .

Daly MB, Axilbund JE, Αγορά S,

Panou V, Gadiraju M, Wolin A, et al. Το Συχνότητα μεταλλάξεων βλαστικής σειράς σε γονίδια ευαισθησίας στον καρκίνο σε κακοήθη μεσοθηλίωμα. J Clin Oncol 2018 36 : 2863 – 2871 .

Πάνου V , Gadiraju M , Wolin A ,

Nicolosi Ρ, Ledet Ε, Yang S, et αϊ. Το Επιπολασμός παραλλαγών βλαστικής σειράς στον καρκίνο του προστάτη και επιπτώσεις για τις τρέχουσες κατευθυντήριες οδηγίες γενετικών δοκιμών [δημοσιεύτηκε διαδικτυακά στις 7 Φεβρουαρίου 2019]. JAMA Oncol , doi: 10.1001/jamaoncol.2018.6760

Nicolosi P, Ledet E, Yang S,

Taylor RA, Fraser Μ, Livingstone J, et al. Το Οι μεταλλάξεις BRCA2 της γεννητικής γραμμής οδηγούν τους καρκίνους του προστάτη με ξεχωριστές εξελικτικές τροχιές. Nat Commun 2017 8 : 13671 .

Taylor RA, Fraser M, Livingstone J,

Risbridger GP, Taylor RA, Clouston D, et al. Το Ξενομοσχεύματα που προέρχονται από ασθενείς αποκαλύπτουν ότι το ενδοπορικό καρκίνωμα του προστάτη είναι μια σημαντική παθολογία σε φορείς μετάλλαξης BRCA2 με καρκίνο του προστάτη και συσχετίζεται με κακή πρόγνωση. Ευρώ Urol 2015 67 : 496 – 503 .

Risbridger GP, Taylor RA, Clouston D,

Schweizer MT, Cheng HH, Tretiakova MS, et al. Το Η ανεπάρκεια επιδιόρθωσης αναντιστοιχίας μπορεί να είναι συχνή στο αδενοκαρκίνωμα του πόρου του προστάτη. Oncotarget 2016 7 : 82504 – 82510 .

Schweizer MT, Cheng HH, Tretiakova MS,

Isaacsson Velho Ρ, Silberstein JL, Markowski MC, et al. Το Η ιστολογία του ενδοπόρου/πόρων και η λεμφαγγειακή εισβολή σχετίζονται με μεταλλάξεις γονιδίων επιδιόρθωσης DNA βλαστικών γραμμών στον καρκίνο του προστάτη. Προστάτης 2018 78 : 401 – 407 .

Isaacsson Velho P, Silberstein JL, Markowski MC,

Pilié PG, Johnson AM, Hanson KL, et al. Το Γενετικές παραλλαγές βλαστικής γραμμής σε άνδρες με καρκίνο του προστάτη και έναν ή περισσότερους επιπλέον καρκίνους. Καρκίνος 2017 123 : 3925 – 3932 .

Pilié PG, Johnson AM, Hanson KL,

Tsai GJ, Rañola JMO, Smith C, et al. Το Αποτελέσματα 92 οικογενειακών μελετών με γνώμονα τους ασθενείς για επαναταξινόμηση παραλλαγών αβέβαιης σημασίας [δημοσιεύτηκε διαδικτυακά στις 30 Οκτωβρίου 2018]. Genet Med , doi: 10.1038/s41436-018-0335-7

Tsai GJ, Rañola JMO, Smith C,

Mersch J, Brown Ν, Pirzadeh-Miller S, et αϊ. Το Επιπολασμός της επαναταξινόμησης της παραλλαγής μετά από γενετικό έλεγχο κληρονομικού καρκίνου. ΤΖΑΜΑ 2018 320 : 1266 – 1274 .

Mersch J, Brown N, Pirzadeh-Miller S,

Κοινοπραξία Σύνδεσης Καρκίνου του Μαστού. Κίνδυνοι καρκίνου σε φορείς μετάλλαξης BRCA2. J Natl Cancer Inst 1999 91 : 1310 – 1316 .

Lecarpentier J, Silvestri V, Kuchenbaecker KB, et αϊ. Το Πρόβλεψη των κινδύνων για καρκίνο του μαστού και του προστάτη σε άντρες φορείς μετάλλαξης BRCA1 και BRCA2 χρησιμοποιώντας βαθμολογίες πολυγονιδιακού κινδύνου. J Clin Oncol 2017 35 : 2240 – 2250 .

Lecarpentier J , Silvestri V , Kuchenbaecker KB ,

Castro E, Goh C, Leongamornlert D, et al. Το Επίδραση των μεταλλάξεων BRCA στη μεταστατική υποτροπή και την ειδική αιτία επιβίωση μετά από ριζική θεραπεία εντοπισμένου καρκίνου του προστάτη. Ευρώ Urol 2015 68 : 186 – 193 .

Castro E , Goh C , Leongamornlert D ,

Castro E, Goh C, Olmos D, et al. Το Οι μεταλλάξεις της βλαστικής σειράς BRCA σχετίζονται με υψηλότερο κίνδυνο κομβικής εμπλοκής, απομακρυσμένης μετάστασης και φτωχών αποτελεσμάτων επιβίωσης στον καρκίνο του προστάτη. J Clin Oncol 2013 31 : 1748 – 1757 .

Leongamornlert D, Mahmud Ν, Tymrakiewicz Μ, et al. Το Οι μεταλλάξεις της βλαστικής γραμμής BRCA1 αυξάνουν τον κίνδυνο καρκίνου του προστάτη. Br J Cancer 2012 106 : 1697 – 1701 .

Leongamornlert D , Mahmud N , Tymrakiewicz M ,

Helgason Η, Rafnar Τ, Olafsdottir HS, et al. Το Οι παραλλαγές απώλειας λειτουργίας στο ATM ενέχουν κίνδυνο γαστρικού καρκίνου. Nat Genet 2015 47 : 906 – 910 .

Helgason H, Rafnar T, Olafsdottir HS,

Näslund-Koch C , Nordestgaard BG , Bojesen SE . Αυξημένος κίνδυνος για άλλους καρκίνους εκτός από τον καρκίνο του μαστού για τους ετεροζυγώτες CHEK2*1100delC εκτιμάται από τη μελέτη γενικού πληθυσμού της Κοπεγχάγης. J Clin Oncol 2016 34 : 1208 – 1216 .

Näslund-Koch C , Nordestgaard BG , Bojesen SE

Wu Y, Yu H, Zheng SL, et al. Το Μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση των μεταλλάξεων της βλαστικής σειράς CHEK2 σε άνδρες με καρκίνο του προστάτη. Προστάτης 2018 78 : 607 – 615 .

Erkko Η, Xia Β, Nikkilä J, et al. Το Μια επαναλαμβανόμενη μετάλλαξη στο PALB2 σε φινλανδικές οικογένειες καρκίνου. Φύση 2007 446 : 316 – 319 .

Erkko H, Xia B, Nikkilä J,

Na R, Zheng SL, Han Μ, et al. Το Οι μεταλλάξεις βλαστικής σειράς στο ATM και στο BRCA1/2 διακρίνουν τον κίνδυνο για θανατηφόρο και νωθρό καρκίνο του προστάτη και σχετίζονται με την πρώιμη ηλικία στο θάνατο. Ευρώ Urol 2017 71 : 740 – 747 .

Cohen SA , Pritchard CC , Jarvik GP . Σύνδρομο Lynch: από τον προσυμπτωματικό έλεγχο στη διάγνωση στη θεραπεία στην εποχή της σύγχρονης μοριακής ογκολογίας [δημοσιεύτηκε διαδικτυακά στις 8 Μαρτίου 2019]. Annu Rev Genomics Hum Genet , doi: 10.1146/annurev-genom-083118-015406

Cohen SA, Pritchard CC, Jarvik GP

Raymond VM, Mukherjee B, Wang F, et al. Το Αυξημένος κίνδυνος καρκίνου του προστάτη στους άνδρες με σύνδρομο Lynch. J Clin Oncol 2013 31 : 1713 – 1718 .

Raymond VM, Mukherjee B, Wang F,

Haraldsdottir S, Hampel Η, Wei L, et al. Το Επίπτωση καρκίνου του προστάτη σε άνδρες με σύνδρομο Lynch. Genet Med 2014 16 : 553 – 557 .

Haraldsdottir S , Hampel H , Wei L ,

Ewing CM, Ray AM, Lange EM, et al. Το Μεταλλάξεις βλαστικής γραμμής στο HOXB13 και κίνδυνος καρκίνου του προστάτη. N Engl J Med 2012 366 : 141 – 149 .

Ewing CM, Ray AM, Lange EM,

Kote-Jarai Z, Mikropoulos C, Leongamornlert DA, et al.Το Επιπολασμός της μετάλλαξης βλαστικής σειράς HOXB13 G84E σε Βρετανούς άνδρες και συσχέτιση με τον κίνδυνο καρκίνου του προστάτη, τα χαρακτηριστικά του όγκου και τα κλινικά αποτελέσματα. Ann Oncol 2015 26 : 756 – 761 .

Kote-Jarai Z , Mikropoulos C , Leongamornlert DA ,

Giri VN, Knudsen KE, Kelly WK, et al. Το Ο ρόλος του γενετικού ελέγχου για τον κληρονομικό κίνδυνο καρκίνου του προστάτη: Συναίνεση για τον καρκίνο του προστάτη της Φιλαδέλφειας 2017. J Clin Oncol 2018 36 : 414 – 424 .

Giri VN, Knudsen KE, Kelly WK,

Cybulski C, Wokołorczyk D, Kluźniak W, et al. Το Μια κληρονομική μετάλλαξη NBN σχετίζεται με κακή πρόγνωση καρκίνο του προστάτη. Br J Cancer 2013 108 : 461 – 468 .

Cybulski C , Wokołorczyk D , Kluźniak W ,

Tischkowitz Μ, Easton DF, Ball J, et αϊ. Το Επίπτωση καρκίνου σε συγγενείς ασθενών με βρετανική αναιμία Fanconi. BMC Καρκίνος 2008 8 : 257 .

Tischkowitz M , Easton DF , Ball J ,

Bancroft EK, Page EC, Castro E, et al. Το Στοχευμένος έλεγχος καρκίνου του προστάτη σε φορείς μετάλλαξης BRCA1 και BRCA2: αποτελέσματα από τον αρχικό γύρο προσυμπτωματικού ελέγχου της μελέτης IMPACT. Ευρώ Urol 2014 66 : 489 – 499 .

Bancroft EK, Page EC, Castro E,

Tang P, Sun L, Uhlman ΜΑ, et al. Το Το αρχικό ειδικό προστατικό αντιγόνο 1,5 ng/ml ή μεγαλύτερο σε άνδρες 50 ετών ή νεότερους προβλέπει υψηλότερο κίνδυνο καρκίνου του προστάτη. J Urol 2010 183 : 946 – 950 .

Vickers AJ, Ulmert D, Sjoberg DD, et al. Το Στρατηγική για την ανίχνευση του καρκίνου του προστάτη με βάση τη σχέση μεταξύ του ειδικού προστατικού αντιγόνου σε ηλικία 40-55 ετών και του μακροπρόθεσμου κινδύνου μετάστασης: μελέτη περίπτωσης-ελέγχου. BMJ 2013 346: f2023.

Vickers AJ, Ulmert D, Sjoberg DD,

Wyatt AW, Annala Μ, Aggarwal R, et al. Το Συμφωνία του κυκλοφορούντος DNA όγκου και της αντίστοιχης μεταστατικής βιοψίας ιστού στον καρκίνο του προστάτη. J Natl Cancer Inst 2017 109: djx118.

Wyatt AW, Annala M, Aggarwal R,

Schweizer ΜΤ, Gulati R, Beightol Μ, et αϊ. Το Κλινικοί καθοριστικοί παράγοντες για την επιτυχή ανάλυση DNA όγκου σε κυκλοφορία στον καρκίνο του προστάτη [δημοσιεύτηκε διαδικτυακά στις 13 Μαρτίου 2019]. Προστάτης , doi: 10.1002/pros.23778

Schweizer MT, Gulati R, Beightol M,

Cheng HH, Pritchard CC, Boyd Τ, et al. Το Διαλληλική αδρανοποίηση του BRCA2 σε ευαίσθητο στην πλατίνα μεταστατικό ανθεκτικό στον ευνουχισμό καρκίνο του προστάτη. Ευρώ Urol 2016 69 : 992 – 995 .

Cheng HH, Pritchard CC, Boyd T,

Pomerantz MM, Spisák S, Jia L, et al. Το Η συσχέτιση μεταξύ των βλαστικών παραλλαγών BRCA2 και της ευαισθησίας στη χημειοθεραπεία με βάση την πλατίνα μεταξύ ανδρών με μεταστατικό καρκίνο του προστάτη. Καρκίνος 2017 123 : 3532 – 3539 .

Pomerantz MM, Spisák S, Jia L,

Mateo J, Carreira S, Sandhu S, et al. Το Ελαττώματα επιδιόρθωσης DNA και ολαπαρίμπη στον μεταστατικό καρκίνο του προστάτη. N Engl J Med 2015 373 : 1697 – 1708 .

Mateo J, Carreira S, Sandhu S,

Mateo J, Cheng HH, Beltran Η, et αϊ. Το Κλινική έκβαση ασθενών με καρκίνο του προστάτη με μεταλλάξεις επιδιόρθωσης του βλαστικού DNA: αναδρομική ανάλυση από διεθνή μελέτη. Ευρώ Urol 2018 73 : 687 – 693 .

Mateo J , Cheng HH , Beltran H ,

Αντωναράκης ES , Lu C , Luber B , et al. Το Γονιδιακές μεταλλάξεις και αποτελέσματα επιδιόρθωσης DNA βλαστικής σειράς σε άνδρες με καρκίνο του προστάτη ανθεκτικό στον μεταστατικό ευνουχισμό που λαμβάνουν αμπιρατερόνη πρώτης γραμμής και ενζαλουταμίδη. Ευρώ Urol 2018 74 : 218 – 225 .

Αντωναράκης ES , Lu C , Luber B ,

Annala Μ, Struss WJ, Warner EW, et al. Το Αποτελέσματα θεραπείας και απώλεια ετεροζυγωτικότητας όγκου στον καρκίνο του προστάτη με έλλειψη επιδιόρθωσης DNA. Ευρώ Urol 2017 72 : 34 – 42 .

Annala M, Struss WJ, Warner EW,

Guedes LB, Antonarakis ES, Schweizer MT, et al. Το Απώλεια MSH2 στον πρωτοπαθή καρκίνο του προστάτη. Clin Cancer Res 2017 23 : 6863 – 6874 .

Guedes LB , Antonarakis ES , Schweizer MT ,

Hempelmann JA, Lockwood CM, Konnick EQ, et al. Το Αστάθεια μικροδορυφόρου στον καρκίνο του προστάτη με PCR ή αλληλούχιση επόμενης γενιάς. J Immunother Cancer 2018 6 : 29 .


ΗΘΙΚΑ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΤΥΧΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΓΟΝΙΔΙΩΜΑΤΟΣ ΣΩΜΑΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

Από τις περισσότερες απόψεις, η επεξεργασία γονιδιώματος σωματικών κυττάρων θα αναπτυχθεί με το πλεονέκτημα της ισχυρής βάσης τεχνικών γνώσεων της γονιδιακής θεραπείας και εντός του υπάρχοντος συστήματος ρυθμιστικής εποπτείας και ηθικών κανόνων που έχουν διευκολύνει την τρέχουσα έρευνα και κλινική ανάπτυξη σωματικών κυττάρων και γονιδιακής θεραπείας γύρω από τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένης της Αυστραλίας, της Κίνας, της Ευρώπης, της Ιαπωνίας και των Ηνωμένων Πολιτειών (βλ. Κεφάλαιο 2). Αυτά τα ρυθμιστικά συστήματα περιλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα προκλινικών μοντέλων και σχεδίων μελετών για την υποστήριξη της κλινικής ανάπτυξης θεραπειών που βασίζονται σε επεξεργασμένα κύτταρα, καθώς και έναν οδικό χάρτη για κλινικές δοκιμές πρώτης σε άνθρωπο και ενδεχόμενο μάρκετινγκ.

Ρυθμιστική εποπτεία στις Ηνωμένες Πολιτείες

Όπως περιγράφεται στο Κεφάλαιο 2, οι κλινικές δοκιμές της επεξεργασίας γονιδιώματος σωματικών κυττάρων δεν θα μπορούσαν να ξεκινήσουν στις Ηνωμένες Πολιτείες χωρίς η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA's) να είχε εγκρίνει πρώτα μια αίτηση διερευνητικού νέου φαρμάκου (IND) και το κλινικό πρωτόκολλο θα απαιτούσε θεσμική επιτροπή αναθεώρησης (IRB) έγκριση και συνεχής αναθεώρηση (FDA, 1993). Επιπλέον, η ανασκόπηση από τη Συμβουλευτική Επιτροπή Ανασυνδυασμένου DNA (RAC) των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας (NIH) ενημερώνει τις συζητήσεις του FDA και των IRB και παρέχει έναν χώρο για δημόσια συζήτηση. Άλλες χώρες έχουν παρόμοια μονοπάτια, όπως περιγράφεται στο Κεφάλαιο 2, αν και με ορισμένες παραλλαγές στο στάδιο της έρευνας στο οποίο ένα κυτταρικό θεραπευτικό μπορεί να διατεθεί στην αγορά και τους όρους υπό τους οποίους μπορεί να αποσυρθεί.

Το ζήτημα της έγκρισης για κλινική χρήση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον προσδιορισμό του πότε τα οφέλη μπορεί να αναμένεται να υπερτερούν των κινδύνων όταν μια θεραπεία χρησιμοποιείται όπως επισημαίνεται και όπως προβλέπεται (Califf, 2017). Τα δεδομένα κλινικών δοκιμών επανεξετάζονται όλο και περισσότερο μέσα σε ένα δομημένο πλαίσιο που προσδιορίζει τις ανάγκες, τις εναλλακτικές λύσεις, τους τομείς αβεβαιότητας και τις οδούς διαχείρισης κινδύνου. 5 Σύμφωνα με τον πρώην Επίτροπο της FDA, Robert Califf,

Οι ομάδες αξιολόγησης προϊόντων του FDA πρέπει να σταθμίσουν τα επιστημονικά και κλινικά στοιχεία και να εξετάσουν τις αντικρουόμενες απόψεις των ενδιαφερομένων και της κοινωνίας σχετικά με την αξία των οφελών και την ανεκτικότητα των κινδύνων. Πρέπει να εξετάσουν την ύπαρξη και την αποτελεσματικότητα εναλλακτικών θεραπειών, τη σοβαρότητα της νόσου, την ανοχή στον κίνδυνο των προσβεβλημένων ασθενών και τη δυνατότητα για πρόσθετες πληροφορίες από τα δεδομένα μετά την κυκλοφορία. Τέτοιες αποφάσεις απαιτούν την αναζήτηση της κατάλληλης ισορροπίας μεταξύ αποδεικτικών στοιχείων υψηλής ποιότητας και έγκαιρης πρόσβασης, μεταξύ οφέλους και κινδύνου, μεταξύ της προστασίας του κοινού των ΗΠΑ και της ενθάρρυνσης της καινοτομίας που μπορεί να βελτιώσει τα αποτελέσματα για την υγεία. (Califf, 2017)

Η έγκριση μιας γονιδιακής θεραπείας μπορεί να εξαρτάται από το πόσο προσεκτικά μπορούν να παρακολουθούνται οι κίνδυνοι και τα οφέλη μόλις τεθεί σε κλινική χρήση. Σε αυτό το θέμα, ο FDA έχει εκδώσει μια σημαντική (αν και μη δεσμευτική) καθοδήγηση για δοκιμές γονιδιακής θεραπείας που θα είχαν σχέση και με δοκιμές επεξεργασίας γονιδιώματος (FDA, 2006). Δεν απαιτείται πάντα μακροπρόθεσμη παρακολούθηση, για παράδειγμα, όταν τα προκλινικά δεδομένα για παράγοντες όπως η αλληλουχία διανυσμάτων, η ολοκλήρωση και η πιθανότητα λανθάνουσας κατάστασης δείχνουν ότι οι μακροπρόθεσμοι κίνδυνοι είναι πολύ χαμηλοί. Αλλά όταν υπάρχουν μακροπρόθεσμοι κίνδυνοι, η κλινική δοκιμή γονιδιακής θεραπείας 𠇊 πρέπει να προβλέπει μακροπρόθεσμες παρατηρήσεις παρακολούθησης προκειμένου να μετριαστούν αυτοί οι κίνδυνοι” (FDA, 2006, σελ. 1). Χωρίς ένα τέτοιο σχέδιο για μακροπρόθεσμες παρατηρήσεις παρακολούθησης, οι κίνδυνοι θα ήταν παράλογοι και (πιθανώς) η δοκιμή μη εγκεκριμένη. Όπου αξίζει, η καθοδήγηση προτείνει μια περίοδο 15ετούς μεταδοκιμαστικής επαφής, παρατήρησης και φυσικών εξετάσεων (αν και αυτό μπορεί να συντομευθεί βάσει παραγόντων όπως η επιμονή του φορέα ή όταν τα υποκείμενα προβλέπεται να έχουν μόνο βραχυπρόθεσμη επιβίωση). Πριν από την εγγραφή τους, τα υποκείμενα πρέπει να δώσουν εθελοντικά, ενημερωμένη συγκατάθεση για μακροχρόνια παρακολούθηση και, ενώ ενδέχεται να αποσυρθούν ανά πάσα στιγμή, ελπίζεται ότι θα συμμορφωθούν.

Μόλις εγκριθούν από τον FDA για συγκεκριμένους πληθυσμούς και ενδείξεις, οι γονιδιακές θεραπείες θα υπόκεινται σε παρακολούθηση μετά την κυκλοφορία και στην αναφορά ανεπιθύμητων ενεργειών και θα προστεθούν ειδικές προειδοποιήσεις. Τα προϊόντα θα αποσυρθούν εντελώς εάν αποδειχθεί ότι είναι ανασφαλή ή αναποτελεσματικά. Επιπλέον, θα μπορούσαν να απαιτηθούν στρατηγικές αξιολόγησης και μετριασμού κινδύνου μετά τη διάθεση στην αγορά (REMS), όπως η απαίτηση από τους γιατρούς να έχουν ειδική επάρκεια ή η απαίτηση εγγραφής από ασθενείς σε μητρώο, εάν σημαντικές ανησυχίες για την ασφάλεια θα αποκλείουν την έγκριση χωρίς αυτούς τους πρόσθετους ελέγχους.

Η χρήση εκτός επισήμανσης κυττάρων που υποβάλλονται σε επεξεργασία γονιδιώματος θα ήταν νόμιμη στις Ηνωμένες Πολιτείες, στην Ευρώπη και σε άλλες χώρες και είναι πιθανώς αναμενόμενη σε σχέση με τους πληθυσμούς ασθενών (π.χ., εάν εγκριθεί για ενήλικες, η χρήση μπορεί κάλλιστα να επεκταθεί εκτός ετικέτας σε παιδιατρικούς πληθυσμούς) ή για διάφορους βαθμούς σοβαρότητας της ένδειξης της νόσου. 6 Η προοπτική χρήσης εκτός ετικέτας έχει οδηγήσει σε εικασίες σχετικά με την ανεξέλεγκτη επέκταση της τεχνολογίας σε χρήσεις που είναι ανασφαλείς, μη συνετές, περιττές ή άδικες. Και είναι αλήθεια ότι η χρήση εκτός ετικέτας, αν και είναι σημαντική πτυχή της καινοτόμου ιατρικής, μπορεί μερικές φορές να οδηγήσει σε χρήσεις που στερούνται αυστηρής αποδεικτικής βάσης. Ωστόσο, η ειδικότητα αυτών των επεξεργασμένων κυττάρων μπορεί να περιορίσει το εύρος των χρήσεων εκτός ετικέτας για άσχετες ενδείξεις περισσότερο από ό,τι συμβαίνει με πολλά φάρμακα. 7 Ενώ θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ότι μια κυτταρική θεραπεία βασισμένη στην επεξεργασία γονιδιώματος για τη μυϊκή δυστροφία είναι πιθανό να ενδιαφέρει όσους έχουν υγιή μυϊκό ιστό που επιθυμούν να γίνουν ακόμα πιο δυνατοί, άλλα παραδείγματα είναι πιο δύσκολο να οραματιστούμε, τουλάχιστον για το εγγύς μέλλον. Αυτό το σημείο έχει ιδιαίτερη σημασία για ανησυχίες σχετικά με χρήσεις που υπερβαίνουν την αποκατάσταση ή τη διατήρηση της συνήθους υγείας (που συζητείται στο Κεφάλαιο 6), επειδή η ιδιαιτερότητα των επεξεργασμένων κελιών καθιστά τέτοιες εφαρμογές λιγότερο πιθανές αυτήν τη στιγμή.

Αρκετές τεχνικές προκλήσεις που αντιμετωπίζει η μετακίνηση της επεξεργασίας του σωματικού γονιδιώματος προς την κλινική δοκιμή έχουν ήδη αντιμετωπιστεί από τη συμβατική σωματική γονιδιακή θεραπεία. Όσον αφορά τις ex vivo στρατηγικές, βασίζονται στην τροποποίηση τύπων ανθρώπινων κυττάρων και, επομένως, μπορούν να δοκιμαστούν μόνο σε μοντέλα καλλιέργειας in vitro ή με ξενομεταμόσχευση των τροποποιημένων κυττάρων σε ανοσοκατεσταλμένους ποντικούς. Αυτές οι μελέτες διερευνούν τη βιωσιμότητα των κυττάρων, τη βιοκατανομή και τη βιολογική λειτουργία in vivo, συμπεριλαμβανομένης της αυτοανανέωσης, της πολυδυναμικότητας και της κλωνογονικότητας, όλα τα κρίσιμα χαρακτηριστικά των βλαστοκυττάρων. Οι στρατηγικές in vivo ενδέχεται να απαιτούν προκλινικές δοκιμές τοξικότητας και βιοκατανομής σε πρωτεύοντα πλην του ανθρώπου, συμπεριλαμβανομένων στοιχείων ότι δεν συμβαίνει ακούσια τροποποίηση της βλαστικής σειράς. Πράγματι, το πεδίο της γονιδιακής θεραπείας έχει καθορίσει ότι δεν θα πρέπει να επιτρέπονται in vivo προσεγγίσεις που θα οδηγούσαν σε ακούσια τροποποίηση της βλαστικής σειράς. Σημειώστε, ωστόσο, ότι οι περισσότερες δοκιμές μετάδοσης της βλαστικής γραμμής έχουν χαμηλή ευαισθησία, και επομένως μπορεί να χρειαστεί να αντιμετωπιστεί κάποιος βαθμός αβεβαιότητας κατά την εξέταση της κλινικής ανάπτυξης και ρύθμισης.

Αρκετά έγγραφα καθοδήγησης έχουν δημοσιευθεί από ρυθμιστικές αρχές στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη και από τη Διεθνή Διάσκεψη για την Εναρμόνιση (ICH) για την απεικόνιση των γενικών αρχών για τη διερεύνηση και την αντιμετώπιση των κινδύνων για ακούσια ενσωμάτωση προϊόντων γονιδιακής θεραπείας σε μη κλινικές μελέτες και παρέχουν σκέψεις για την ελαχιστοποίηση αυτού του πιθανού κινδύνου σε ανθρώπους που έχουν εγγραφεί σε κλινικές δοκιμές (EMA, 2006 FDA, 2012a ICH, 2006). Τέτοιες οδηγίες θα μπορούσαν να προσαρμοστούν κατάλληλα στο σχεδιασμό προκλινικών μελετών στρατηγικών επεξεργασίας σωματικού γονιδιώματος.

Σε μια προσπάθεια να επιταχυνθεί η ανάπτυξη της αναγεννητικής ιατρικής, ξεκίνησε μια νέα συνεργασία του δημόσιου–ιδιωτικού τομέα. Ιδρύθηκε το Συντονιστικό Όργανο Διεθνών Προτύπων

για την προώθηση διεργασιών, μετρήσεων και αναλυτικών τεχνικών για την υποστήριξη της παγκόσμιας διαθεσιμότητας προϊόντων κυτταρικής, γονιδιακής, μηχανικής ιστών και αναγεννητικής ιατρικής και προϊόντων ανακάλυψης φαρμάκων που βασίζονται σε κύτταρα. Η δημιουργία προτύπων δημιουργεί ένα πιο ομοιόμορφο περιβάλλον συμμόρφωσης και αντιμετωπίζει και βοηθά σε μελλοντικές προσπάθειες για εναρμόνιση διεθνώς του κανονιστικού πλαισίου για τις υποβολές σε όλο τον κόσμο. 8

Οι τομείς δραστηριότητας περιλαμβάνουν τη γενετική τροποποίηση των κυττάρων, με ειδική αναφορά στα πρότυπα για τη μέτρηση συμβάντων εκτός στόχου στην επεξεργασία γονιδιώματος (Werner and Plant, 2016).

Ρύθμιση της Επεξεργασίας Σωματικού Γονιδιώματος με Προσέγγιση και Ένδειξη

Μια ηθική και κανονιστική αξιολόγηση μελλοντικών εφαρμογών σωματικής επεξεργασίας γονιδιώματος μπορεί να εξαρτάται τόσο από την τεχνική προσέγγιση της επεξεργασίας όσο και από την προβλεπόμενη ένδειξη. Όπως η παραδοσιακή γονιδιακή θεραπεία, η σωματική επεξεργασία γονιδιώματος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να επαναφέρει μια υποκείμενη γενετική μετάλλαξη σε μια παραλλαγή που δεν σχετίζεται με ασθένεια, η οποία θα είχε ως αποτέλεσμα ένα κλάσμα των στοχευόμενων κυττάρων να ανακτήσουν την κανονική λειτουργία. Η επεξεργασία του σωματικού γονιδιώματος θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μηχανική ενός κυττάρου, έτσι ώστε ο φαινότυπος του να διαφέρει από αυτόν ενός κανονικού κυττάρου και να είναι καλύτερα ικανός να αντισταθεί ή να αποτρέψει την ασθένεια. Για παράδειγμα, ένα κύτταρο θα μπορούσε να αλλάξει έτσι ώστε να παράγει πάνω από τις κανονικές ποσότητες πρωτεΐνης ή έτσι ώστε να είναι ανθεκτικό σε μια ιογενή μόλυνση. Τόσο ex vivo όσο και in vivo προσεγγίσεις στην επεξεργασία γονιδιώματος θα μπορούσαν να εφαρμοστούν για τη θεραπεία ή την πρόληψη μιας ασθένειας. Επιπλέον, η επεξεργασία του γονιδιώματος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να αλλάξει ένα χαρακτηριστικό που δεν σχετίζεται με ασθένεια (βλ. Κεφάλαιο 6).

Ανεξάρτητα από το τελικό πλαίσιο που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση των εφαρμογών επεξεργασίας γονιδιώματος ανθρώπινων σωματικών κυττάρων, είναι ζωτικής σημασίας οι μηχανισμοί ρυθμιστικής εποπτείας να διαθέτουν επαρκή νομική εξουσία και ικανότητα επιβολής για τον εντοπισμό και τον αποκλεισμό μη εξουσιοδοτημένων εφαρμογών. Μέχρι σήμερα, οι υπάρχουσες δομές έχουν καταφέρει να αποτρέψουν μη εξουσιοδοτημένες εφαρμογές γονιδιακής θεραπείας και το τρέχον πλαίσιο παρέχει καθοδήγηση σε βασικά στοιχεία. Αν και η επεξεργασία του ανθρώπινου γονιδιώματος μπορεί να είναι κάπως πιο δύσκολο να ελεγχθεί από την παραδοσιακή γονιδιακή θεραπεία, επειδή οι τεχνικές πρόοδοι έχουν κάνει τα βήματα επεξεργασίας ευκολότερα στην εκτέλεση, οι κυτταρικοί χειρισμοί και η παράδοση επεξεργασμένων κυττάρων στον ασθενή συνεχίζουν να απαιτούν εργαστηριακές και ιατρικές εγκαταστάσεις υψηλής ποιότητας, οι οποίες γενικά θα διασφαλίσει ότι υπάρχει ρυθμιστική εποπτεία.

Πρόληψη πρόωρων ή μη αποδεδειγμένων χρήσεων της επεξεργασίας γονιδιώματος

Το ζήτημα της μη ρυθμιζόμενης θεραπείας ήταν ιδιαίτερα προβληματικό στον τομέα της ιατρικής βλαστοκυττάρων/αναγεννητικής ιατρικής, με αδίστακτους φορείς σε όλο τον κόσμο να κάνουν επιστημονικά αβάσιμους ισχυρισμούς σχετικά με θεραπείες με βλαστοκύτταρα και να επωφελούνται από απελπισμένους ασθενείς (Enserink, 2016 FDA, 2016b Turner and Knoepfler, 20 ). Εν μέρει αυτό οφείλεται σε ορισμένες από τις προηγούμενες αδικαιολόγητα αισιόδοξες δηλώσεις σχετικά με τις βραχυπρόθεσμες προοπτικές της αναγεννητικής ιατρικής, εν μέρει στην παρουσία μη ρυθμιζόμενων δικαιοδοσιών και εν μέρει σε κάποια αντίσταση—τουλάχιστον στις Ηνωμένες Πολιτείες— στη ρυθμιστική αρχή της κυβέρνησης. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, τα ομοσπονδιακά δικαστήρια έχουν επιβεβαιώσει τη δικαιοδοσία του FDA για τη χρήση κυττάρων που έχουν υποστεί χειραγώγηση, αλλά αυτό εξακολουθεί να αποτελεί αντικείμενο σύγχυσης. 9 Τα επεξεργασμένα κύτταρα—ιδίως αυτά που ελήφθησαν από έναν ασθενή και στη συνέχεια επιστράφηκαν σε αυτόν τον ασθενή—μπορεί να προκαλέσουν την ίδια σύγχυση σχετικά με το αν πρόκειται για ελεγχόμενο προϊόν ή απλώς για ιατρική πρακτική, και η ρυθμιστική αρχή πρέπει να γίνει σαφές από την αρχή. Συνολικά, λοιπόν, οι ρυθμιστικοί φορείς χρειάζονται τη νομική εξουσία, τη δέσμευση ηγεσίας και την πολιτική υποστήριξη για να εφαρμόσουν τις νομικές τους εξουσίες για να σταματήσουν την εμπορία θεραπειών που χρησιμοποιούν προϊόντα επεξεργασίας ανθρώπινου γονιδιώματος που δεν έχουν υποβληθεί σε ρυθμιστική αναθεώρηση και έγκριση (Charo, 2016a). Όσον αφορά τις θεραπείες με βλαστοκύτταρα, υπήρξε σημαντική ανησυχία για την απουσία έντονης χρήσης των εξουσιών επιβολής από την FDA (Turner and Knoepfler, 2016), αν και η εμπειρία της Ιταλίας με το κλείσιμο μιας κλινικής έχει δείξει το επίπεδο νομικής και πολιτικής εξουσίας που απαιτείται για να γίνει αυτό (Margottini, 2014).

Ειδικές εκτιμήσεις που σχετίζονται με την επεξεργασία γονιδιώματος στα έμβρυα

Σε ορισμένες περιπτώσεις, είτε η πιο αποτελεσματική είτε η μόνη προσέγγιση θα ήταν η προσπάθεια επεξεργασίας των σωματικών κυττάρων ενός εμβρύου πριν από τον τοκετό. Οι ασθένειες για τις οποίες μπορεί να ισχύουν αυτές οι ειδικές περιστάσεις περιλαμβάνουν ασθένειες που είναι πολυσυστημικές ή έχουν εξαιρετικά πρώιμη έναρξη που θα καθιστούσε πολύ αργή τη μεταγεννητική παρέμβαση για να ωφελήσει το παιδί ή είναι εξαιρετικά προκλητικές από τεχνική άποψη. Επιπλέον, λόγω της τεράστιας αναπτυξιακής πλαστικότητας του εμβρύου, η εμβρυϊκή επεξεργασία μπορεί να είναι πιο αποτελεσματική από τη μεταγεννητική επεξεργασία σε ορισμένες περιπτώσεις. Ένα παράδειγμα θα ήταν η προσπάθεια επαναφοράς μιας παραλλαγής που προκαλεί ασθένεια που επηρεάζει κάθε νευρώνα στον εγκέφαλο.

Με μια γενικότερη έννοια, η θεραπευτική διαδικασία επεξεργασίας θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί ex vivo σε ένα σενάριο στο οποίο τα κύτταρα θα μπορούσαν να συλλεχθούν από το έμβρυο, να επεξεργαστούν έξω από το σώμα και στη συνέχεια να μεταμοσχευθούν ξανά στο έμβρυο. Επί του παρόντος, καθιερωμένες μέθοδοι για την απομόνωση και τη μεταμόσχευση αυτόλογων εμβρυϊκών κυττάρων είναι διαθέσιμες για περιορισμένο αριθμό τύπων κυττάρων, αλλά το εύρος των τύπων κυττάρων είναι πιθανό να αυξηθεί στο μέλλον.

Η θεραπευτική επεξεργασία σε έμβρυα θα μπορούσε επίσης να πραγματοποιηθεί in vivo, οπότε ο μηχανισμός επεξεργασίας θα παραδοθεί στο έμβρυο για την τροποποίηση των κυττάρων in situ. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, η in situ διόρθωση μιας παραλλαγής που προκαλεί νόσο νωρίς στην ανάπτυξη έχει τη δυνατότητα να είναι πιο αποτελεσματική από τη μεταγεννητική επεξεργασία in vivo, όταν πολλά συστήματα οργάνων είναι πιο πλήρως ανεπτυγμένα. Η θεραπεία με βλαστοκύτταρα στη μήτρα έχει δοκιμαστεί (με περιορισμένη επιτυχία) (Couzin-Frankel, 2016 Waddington et al., 2005), επομένως η γενική έννοια της ενδομήτριας θεραπείας με αναδυόμενους τομείς της ιατρικής έχει ήδη υποβληθεί σε κάποια ηθική ανάλυση. Και έχει δημιουργηθεί μια Διεθνής Εταιρεία Μεταμοσχεύσεων και Ανοσολογίας Εμβρύου, η οποία πραγματοποιεί ετήσιες συνεδριάσεις για την ανασκόπηση των προοπτικών και της προόδου για τη γονιδιακή θεραπεία του εμβρύου. 10

Παρόλο που η επεξεργασία του γονιδιώματος του εμβρύου έχει πιθανά πλεονεκτήματα, θα πρέπει να αντιμετωπιστούν τουλάχιστον δύο ειδικά ηθικά ζητήματα: ειδικοί κανόνες συναίνεσης (βλ. Κεφάλαιο 2) και ο αυξημένος κίνδυνος πρόκλησης κληρονομικών αλλαγών στη βλαστική σειρά προκαλώντας τροποποίηση γεννητικών κυττάρων ή προγονικών γεννητικών κυττάρων /βλαστοκύτταρα.

Όσον αφορά τη συναίνεση, βασικά ζητήματα έχουν αντιμετωπιστεί από τους υπάρχοντες μηχανισμούς επίβλεψης, η εμβρυϊκή χειρουργική έχει ήδη χρησιμοποιηθεί στην κλινική φροντίδα και η γονιδιακή θεραπεία του εμβρύου στη μήτρα προσελκύει αυξανόμενο ενδιαφέρον (McClain and Flake, 2016 Waddington et al., 2005). Ο υπολογισμός κινδύνου/οφέλους μετατοπίζεται σε σχέση με μια μεταγεννητική επέμβαση ή παρέμβαση ενηλίκου, με τον βαθμό κινδύνου στον οποίο μπορεί να υποβληθεί ένα έμβρυο να είναι αυστηρά περιορισμένος όταν δεν υπάρχει προοπτική ιατρικού οφέλους για το μελλοντικό παιδί. Όταν, ωστόσο, αυτό το όφελος είναι δυνατό, ισχύουν τα πιο συνηθισμένα πρότυπα για την ισορροπία κινδύνου/οφέλους. Οι αποφάσεις σχετικά με τη χειρουργική επέμβαση στο έμβρυο έχουν ληφθεί με την προϋπόθεση ότι η έγκυος έχει την ηθική και νομική εξουσία να δώσει ενημερωμένη συγκατάθεση. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπως και σε άλλες χώρες, απαιτείται η συγκατάθεση της μητέρας (Alghrani and Brazier, 2011 O'Connor, 2012) και όταν η έρευνα στοχεύει και στην υγεία της μητέρας, αρκεί και μόνο η συγκατάθεση της μητέρας. 11 Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ωστόσο, η έρευνα που χρηματοδοτείται από το NIH υπόκειται σε ειδικούς κανονισμούς που ορίζονται στο 45 CFR Part 46, Subpart B, και απαιτείται επίσης η συγκατάθεση του πατέρα (εάν υπάρχει) εάν η έρευνα έχει την προοπτική οφέλους αποκλειστικά για το έμβρυο . Ακόμη και όταν δεν χρηματοδοτούνται από το NIH, πολλές μελέτες στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιούν αυτούς τους ίδιους κανόνες.

Ένα δεύτερο ζήτημα είναι η πρόκληση της αξιολόγησης εάν έχει συμβεί ακούσια επεξεργασία βλαστικής γραμμής εάν επιχειρηθεί in vivo σωματική επεξεργασία σε ένα έμβρυο.Ένα βασικό χαρακτηριστικό της ανάπτυξης των βλαστικών κυττάρων είναι ότι τα αρχέγονα κύτταρα που θα δημιουργήσουν γεννητικά κύτταρα απομονώνονται από τα σωματικά κύτταρα σε βασικά αναπτυξιακά σημεία. Προτού πραγματοποιηθεί αυτή η δέσμευση βλαστικής σειράς και σωματικών κυττάρων ή έχει οριστικοποιηθεί στην πρώιμη ανάπτυξη, τα κύτταρα βλαστικής σειράς θα μπορούσαν να επεξεργαστούν τόσο αποτελεσματικά όσο θα ήταν οι επιθυμητοί στόχοι σωματικών κυττάρων. Ως αποτέλεσμα, θα μπορούσε να υπάρχει μεγαλύτερος κίνδυνος ακούσιων αλλαγών στα βλαστικά κύτταρα νωρίς στην εμβρυϊκή ανάπτυξη σε σύγκριση με την εκτέλεση της ίδιας παρέμβασης αργότερα στην εμβρυϊκή ανάπτυξη. Μπορεί να είναι δυνατό μόνο να εκτιμηθεί μεταγεννητικά εάν είχε γίνει επεξεργασία γεννητικών κυττάρων ή προγονικών κυττάρων γεννητικών κυττάρων, οπότε θα ήταν πολύ αργά για να αλλάξει το αποτέλεσμα.


Συζήτηση

Αν και η εστίαση εδώ ήταν κυρίως στη συσσώρευση επιβλαβών μεταλλάξεων, οι καθαρές δυνάμεις υπέρ ενός νεοεμφανιζόμενου αντιμεταλλακτικού αλληλόμορφου σε έναν άφυλο πληθυσμό μπορούν να θεωρηθούν ως το άθροισμα μικρό * ≃ΔU + (μ − ν) + μικρόΠ, όπου ΔU είναι η μείωση του ρυθμού επιβλαβούς μετάλλαξης σε όλο το γονιδίωμα, (μ − ν) η καθαρή πίεση μετάλλαξης προς την κατεύθυνση των αντιμεταλλακτικών αλληλόμορφων, και μικρόΠ την πλειοτροπική εκλεκτική επίδραση του αντιμεταλλακτικού αλληλόμορφου (ανεξάρτητο από το μειωμένο φορτίο μετάλλαξης). Όταν αυτή η αθροιστική ποσότητα είναι μικρότερη από την ισχύ της μετατόπισης, η ικανότητα της φυσικής επιλογής να μειώσει περαιτέρω τον ρυθμό μετάλλαξης θα μειωθεί σημαντικά. Στο πλαίσιο ενός αντιμεταλλακτικού αλληλόμορφου, ΔU είναι θετικό εξ ορισμού, ενώ το (μ − ν) είναι πιθανό να είναι αρνητικό (υποθέτοντας ότι είναι πιο δύσκολο να παραχθούν αντιμεταλλαχτικά αλληλόμορφα παρά να τα διαρρήξουν). Με την υπόθεση ότι υπάρχει φυσιολογικό κόστος για την υψηλή πιστότητα αναπαραγωγής, μικρόΠ θα ήταν αρνητικό. Ωστόσο, συνθήκες υπό τις οποίες μικρόΠ είναι θετικό μπορεί να οραματιστεί, για παράδειγμα, σε πολυκύτταρους οργανισμούς, όπου ο ρυθμός αντιγραφής της βλαστικής σειράς είναι απίθανο να είναι περιοριστικός παράγοντας στην αναπαραγωγή, ένας μειωμένος ρυθμός σωματικής μετάλλαξης μπορεί να είναι εξαιρετικά πλεονεκτικός (Lynch 2008).

Καθώς ο ρυθμός μετάλλαξης ωθείται σε όλο και χαμηλότερο επίπεδο με την επιλογή, τα αποτελέσματα περαιτέρω μοριακών βελτιώσεων της συσκευής αντιγραφής/επισκευής πρέπει να μειώνονται σταδιακά καιU θα γίνει αναγκαστικά μικρότερο, (μ − ν) πιθανότατα πιο αρνητικό, και μικρόΠ μικρότερο (και δυνητικά αρνητικό) επίσης, οδηγώντας τελικά στην αδυναμία επιλογής να μειώσει περαιτέρω το ποσοστό μετάλλαξης ενόψει της τυχαίας γενετικής μετατόπισης. Αν και οι τρόποι με τους οποίους αυτά τα τρία συστατικά ποικίλλουν με U και οι σχετικές ποσοτικές συνεισφορές τους είναι άγνωστες και μπορεί να διαφέρουν μεταξύ των φυλογενετικών γραμμών, αυτή η συνολική θεωρητική κατασκευή αποδίδει ποιοτικές προβλέψεις που έχουν τη δυνατότητα να εξηγήσουν αρκετές προηγουμένως αποσυνδεδεμένες παρατηρήσεις.

Έτσι, για μια ομάδα οργανισμών με συγκρίσιμα αποτελεσματικά μεγέθη πληθυσμού, η θεωρία προβλέπει μια αντίστροφη σχέση μεταξύ του ρυθμού μετάλλαξης ανά θέση νουκλεοτιδίου.uελάχ) και συνολικό μέγεθος γονιδιώματος (σολ), με συγκεκριμένα είδη Uελάχ κατανέμεται γύρω από την παλινδρόμηση σε βαθμό που εξαρτάται από τη διακύμανση της σύνθετης παραμέτρου σε μεγάλες αγκύλες. Αν και η τελευταία ποσότητα πρέπει να υπόκειται σε διακύμανση, είναι εύλογο ότι ο βαθμός διακύμανσης μεταξύ των μικροβίων είναι μικρός σε σχέση με αυτόν σε σολΤο Για παράδειγμα, με λίγες εξαιρέσεις, τα μικροβιακά γονιδιώματα είναι περίπου 95% που κωδικοποιούν το DNA, έτσι φρε είναι πιθανό να είναι περίπου σταθερό. Επιπλέον, οι πληθυσμοί μικροβίων ποικίλλουν σαφώς σε απόλυτα μεγέθη πληθυσμού (Ν), αλλά μια περίπτωση μπορεί να γίνει μια φορά Ν υπερβαίνει ένα πολύ μεγάλο μέγεθος (όπως συμβαίνει στα μικρόβια), το πραγματικό μέγεθος πληθυσμού δεν περιορίζεται πλέον από απόλυτους αριθμούς αλλά από τη φυσική δομή του γονιδιώματος, δηλαδή από την επιλεκτική παρεμβολή που προκύπτει από συνδεδεμένες τοποθεσίες στα χρωμοσώματα (Lynch 2007 , 2010). Πιθανώς, τα περισσότερα μικρόβια βρίσκονται κοντά σε αυτό το όριο.

Αντίθετα, τα μεγέθη ευκαρυωτικών αποτελεσματικών πληθυσμών ποικίλλουν κατά μερικές τάξεις μεγέθους, με τα πολυκύτταρα είδη να έχουν συνήθως πολύ μικρότερα Νμι ( Lynch 2007, 2010). Τα υπάρχοντα δεδομένα για τέτοια είδη υποδηλώνουν ότι u (ανά γενιά) κλίμακες με περίπου την ισχύ −0,6 του Νμι, αν και η πραγματική κλιμάκωση θα μπορούσε να είναι τόσο ακραία όσο − 1,0 (Lynch 2010). Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη ότι δεν είναι σαφές εάν ο σύνθετος όρος (μ − ν + μικρόΠ) συμβάλλει ουσιαστικά στη συνολική πίεση στον ρυθμό μετάλλαξης στους ευκαρυώτες, μπορεί τουλάχιστον να δηλωθεί ότι η θεωρία είναι ποιοτικά συνεπής με την αρνητική κλιμάκωση μεταξύ u και Νμι των κυτταρικών ειδών. (Για σεξουαλικά είδη, η δεξιά πλευρά της εξίσωσης (12a) τροποποιείται μόνο κατά συντελεστή 1/μικρό, το οποίο δεν αλλάζει την προβλεπόμενη αρνητική κλιμάκωση μεταξύ u και Νμι.)

Δεύτερον, τα περισσότερα γονιδιώματα περιέχουν δύο ή περισσότερες «επιρρεπείς σε σφάλματα» πολυμεράσες, που χρησιμοποιούνται συχνά για αντιγραφή σε ογκώδεις βλάβες στο DNA και συχνά προκαλούνται σε περιόδους κυτταρικού στρες. Μελέτες in vitro υποδεικνύουν ότι τα ποσοστά σφάλματος αυτών των ενζύμων είναι συνήθως 10- έως 10.000 φορές υψηλότερα από αυτά για τις πολυμεράσες που εμπλέκονται στην αντιγραφή του γονιδιώματος (εικ. 4). (Τα ποσοστά σφαλμάτων in vivo θα μπορούσαν να είναι χαμηλότερα από αυτά που συνοψίζονται στο σχήμα 4, αν και είναι απίθανο να αλλάξει το ποιοτικό μοτίβο.) Επειδή είναι απίθανο τέτοιες πολυμεράσες να είναι μοριακά περιορισμένες να είναι τόσο ανακριβείς, πολλοί ερευνητές έχουν υποστηρίξει ότι η φυσική επιλογή έχει προωθήσει τη μετάλλαξη που προκαλείται από το στρες ως μια στρατηγική για τη διευκόλυνση της προσαρμοστικής εξέλιξης κατά τη διάρκεια δύσκολων περιόδων (Radman et al. 2000 Rosenberg 2001 Tenaillon et al. 2001 Earl and Deem 2004 Foster 2007 Galhardo et al. 2007). Ωστόσο, με τη συντριπτική πλειονότητα των μεταλλάξεων να είναι επιβλαβείς, δεν είναι σαφές ότι υπάρχει καθαρό μακροπρόθεσμο πλεονέκτημα για αυξημένα επίπεδα μετάλλαξης που προκαλείται από το στρες και τα προηγούμενα αποτελέσματα παρέχουν μια εναλλακτική εξήγηση που εξαλείφει την ανάγκη επίκλησης ενός τέτοιου επιχειρήματος.

Εκτιμήσεις in vitro των ρυθμών κακής ενσωμάτωσης βάσης από πολυμεράσες σε τέσσερις ομάδες ειδών (δίνονται ως μέσοι όροι από πολλαπλές εκτιμήσεις από ανεξάρτητες μελέτες στο Συμπληρωματικό Υλικό στο διαδίκτυο). Οι ρυθμοί υπολογίζονται κατά μέσο όρο σε όλα τα περιβάλλοντα νουκλεοτιδίων και για τις επιρρεπείς σε σφάλματα πολυμεράσες, ορισμένες θέσεις αντιγράφονται με ρυθμούς πιστότητας σημαντικά χαμηλότερους (και άλλες σημαντικά υψηλότερους) από τον μέσο όρο. Σημειώστε ότι για Escherichiacoli, το Pol I χρησιμοποιείται για την αντικατάσταση των μικρών εκκινητών RNA που ξεκινούν την αντιγραφή και το Pol III είναι η κύρια αντιγραφική πολυμεράση. Για τους ευκαρυώτες, το Pol α χρησιμοποιείται για να επεκτείνει τους εκκινητές RNA σε ένα μήκος DNA επαρκές για να αναλάβει το Pol δ, και τα Pols δ και ε είναι οι κύριες αναδιπλασιαζόμενες πολυμεράσες (η μία για την κύρια και η άλλη για τον υστερούντα κλώνο). Τα δεδομένα είναι περιορισμένα για τις αρχαϊκές πολυμεράσες.

Εκτιμήσεις in vitro των ρυθμών κακής ενσωμάτωσης βάσης από πολυμεράσες σε τέσσερις ομάδες ειδών (δίνονται ως μέσοι όροι από πολλαπλές εκτιμήσεις από ανεξάρτητες μελέτες στο Συμπληρωματικό Υλικό στο διαδίκτυο). Οι ρυθμοί υπολογίζονται κατά μέσο όρο σε όλα τα περιβάλλοντα νουκλεοτιδίων και για τις επιρρεπείς σε σφάλματα πολυμεράσες, ορισμένες θέσεις αντιγράφονται με ρυθμούς πιστότητας σημαντικά χαμηλότερους (και άλλες σημαντικά υψηλότερους) από τον μέσο όρο. Σημειώστε ότι για Escherichiacoli, το Pol I χρησιμοποιείται για την αντικατάσταση των μικρών εκκινητών RNA που ξεκινούν την αντιγραφή και το Pol III είναι η κύρια αντιγραφική πολυμεράση. Για τους ευκαρυώτες, το Pol α χρησιμοποιείται για να επεκτείνει τους εκκινητές RNA σε μήκος DNA επαρκές για να αναλάβει το Pol δ, και τα Pols δ και ε είναι οι κύριες αντιγραφικές πολυμεράσες (μία για την κύρια και την άλλη για τον υστερούντα κλώνο). Τα δεδομένα είναι περιορισμένα για τις αρχαϊκές πολυμεράσες.

Όπως υπονοείται από την εξίσωση (12b), το ποσοστό σφάλματος μιας πολυμεράσης αναμένεται να κλιμακωθεί αντιστρόφως με τον αριθμό των συναλλαγών νουκλεοτιδίων που πραγματοποιούνται ανά γενιά. Έτσι, δεν υπάρχει λόγος να επικαλεστούμε την επιλογή για εξελικτικότητα για να εξηγήσουμε την επιρρεπή σε σφάλματα φύση των πολυμερασών που εμπλέκονται στην επαγόμενη από στρες μεταλλαξογένεση. Μάλλον, ένα τέτοιο μοτίβο αναμένεται να είναι ένα φυσικό αποτέλεσμα της μείωσης της αποτελεσματικότητας της επιλογής που λειτουργεί σε ένζυμα που δεν επικαλούνται συχνά. Αυτό το επιχείρημα δεν αρνείται τον κρίσιμο ρόλο των επιρρεπών σε σφάλματα πολυμερασών στην εξάλειψη της βλάβης του DNA, ούτε αρνείται την πιθανότητα η επαγόμενη μεταλλαξογένεση περιστασιακά να παίζει ρόλο στην επιβίωση/προσαρμογή σε ακραίες περιόδους. Η υπόθεση ότι οι ρυθμοί μετάλλαξης θα πρέπει φυσικά να εξελίσσονται σε υψηλότερα επίπεδα με ένζυμα που εμπλέκονται σε λιγότερα συμβάντα αντιγραφής είναι επίσης συνεπής με το γεγονός ότι οι πολυμεράσες που εμπλέκονται στην αντικατάσταση των εκκινητών έναρξης αντιγραφής έχουν υψηλότερα ποσοστά σφάλματος από εκείνες που εμπλέκονται στον χύμα πολυμερισμό (εικ. 4) και ότι οι πριμάσες που τοποθετούν τους εκκινητές RNA που αρχικά εμπλέκονται στην αντιγραφή αλλά στη συνέχεια αντικαταστάθηκαν είναι εξαιρετικά επιρρεπείς σε σφάλματα (Zang and Grosse 1990 Sheaff and Kuchta 1994 Kuchta and Stengel 2010).

Τρίτον, για τους λόγους που μόλις αναφέρθηκαν, τα ποσοστά σφάλματος των οδών κατάντη στα στάδια αντιγραφής του γονιδιώματος αναμένεται να είναι αυξημένα σε σχέση με αυτά για τον αρχικό μηχανισμό πολυμερισμού, καθώς μικρότερος αριθμός θέσεων νουκλεοτιδίων θα παραμείνει προς συντήρηση. Έτσι, αξίζει να σημειωθεί ότι τα in vitro ποσοστά σφαλμάτων διόρθωσης που σχετίζονται με τις κύριες πολυμεράσες αντιγραφής σε Escherichiacoli και Σακχαρομύκητα cerevisiae, το μόνο είδος για το οποίο υπάρχουν δεδομένα, είναι πολύ υψηλότερα από αυτά στο αρχικό στάδιο πολυμερισμού (Bebenek et al. 1990 Cai et al. 1995 Bloom et al. 1997 Shimizu et al. 2002 Hashimota et al. 2003 Shcherbakova et al. 2003 Fortune et al. 2005 Nick McElhinny et al. 2007 Pursell et al. 2007 McCulloch et al. 2009). Οι παρατηρήσεις σχετικά με την περαιτέρω οδό επιδιόρθωσης ασυμφωνίας (MMR) είναι επίσης συνεπείς με τις θεωρητικές προσδοκίες. Σε Ε. Coli, το ποσοστό σφάλματος in vitro της κύριας αναδιπλασιαστικής πολυμεράσης είναι περίπου 10 − 6 ανά ενσωμάτωση βάσης (εικ. 4), ενώ το ποσοστό σφάλματος in vivo που σχετίζεται με το MMR σε αυτό και στα περισσότερα άλλα είδη ευβακτηρίων είναι στην περιοχή από 0,01 έως 0,05 (π.χ., Schaaper and Dunn 1998 Prudhomme et al. 1991 Schaaper 1993 Fujii et al. 1999 Oliver et al. 2000 Richardson and Stojilkovic 2001 Rossolillo and Albertini 2001 Young and Ornstoné al. . (Εδώ, το ποσοστό σφάλματος MMR ορίζεται απλώς ως το κλάσμα των σφαλμάτων που προκύπτουν μετά τη δράση της πολυμεράσης που δεν εξαλείφονται από το MMR.) Ομοίως, στη ζύμη S. cerevisiae, το ποσοστό σφάλματος in vitro της κύριας αντιγραφικής πολυμεράσης είναι περίπου 5×10 − 5 (εικ. 4), ενώ για το MMR είναι περίπου 0,025 (Prolla et al. 1994 Johnson et al. 1996 Marsischky et al. 1996 Sia et al. 1997 Harrington and Kolodner 2007) και στα θηλαστικά, τα αντίστοιχα ποσοστά είναι περίπου 10 - 5 (εικ. 4) και 0,05 (Bhattacharyya et al. 1995 Glaab and Tindall 1997 Tindall et al. 1998 U. Fran. συν 2001 Xu et al 2001 Zhang et al 2002 Dobrovolsky et al 2003 Hegan et al 2006). Έτσι, για τα περιορισμένα συστήματα για τα οποία είναι διαθέσιμα δεδομένα, τα ποσοστά σφάλματος που σχετίζονται με το MMR είναι τρεις έως τέσσερις τάξεις μεγέθους μεγαλύτερα από αυτά που σχετίζονται με τα αρχικά στάδια του πολυμερισμού. Ποιοτικά, μια τέτοια μείωση είναι συνεπής με τη θεωρία με την έννοια ότι κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, η οδός MMR λειτουργεί μόνο στο 10 − 6 έως 10 − 5 κλάσμα των γονιδιωματικών θέσεων που εμφανίζονται με σφάλματα μετά τα αρχικά στάδια του πολυμερισμού, ενώ επίσης εμπλέκεται σε άλλες διεργασίες επιδιόρθωσης σε μη αντιγραφόμενο DNA.

Τέταρτον, η θεωρία προβλέπει ότι τα ποσοστά εξελιγμένων μεταλλάξεων θα πρέπει να αυξηθούν κατά τον ανασυνδυασμό ειδών σε σχέση με ασεξουαλικά ταξινομικά με τα ίδια αποτελεσματικά μεγέθη πληθυσμού, κατά έναν παράγοντα ίσο περίπου με το αντίστροφο του μέσου επιλεκτικού μειονεκτήματος μιας νέας μετάλλαξης, που είναι συνήθως στο εύρος από 0,001–0,01 (Lynch and Walsh 1998). Γενικότερα, εάν ένα είδος μεταπηδήσει από την υποχρεωτική υπερβολή στην υποχρεωτική ασεξουαλική αναπαραγωγή, η επιλογή αναμένεται να μειώσει το ποσοστό μετάλλαξης εάν N a > 2 N es − , γεγονός που υποδηλώνει ότι τα πραγματικά άφυλα είδη με πολύ μεγάλα μεγέθη πληθυσμού πιθανότατα θα διαθέτουν ιδιαίτερα ακριβή συστήματα αντιγραφής . Ελλείψει ακριβών πληροφοριών σχετικά με Νένα/Νμι Για οποιαδήποτε τέτοια γενεαλογία, είναι επί του παρόντος δύσκολο να αντιμετωπιστεί αυτό το θέμα με σιγουριά. Θα μπορούσε να υποστηριχθεί ότι ο μειωμένος ρυθμός μετάλλαξης σε προκαρυώτες σε σχέση με τους ευκαρυώτες είναι ποιοτικά συνεπής με αυτήν την υπόθεση, καθώς οι προκαρυώτες συνήθως θεωρούνται ασεξουαλικοί. Ωστόσο, έμμεσα στοιχεία υποδηλώνουν συγκρίσιμο ποσό ανασυνδυασμού σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες όταν κλιμακώνεται στο ποσοστό μετάλλαξης (Lynch 2007).

Έχει προταθεί ότι ένα βακτηριακό ενδοσύμβιον που κατοικεί σε αφίδες και πιστεύεται ότι έχει Νένα/Νμι≪1 και ουσιαστικά δεν υπάρχει ανασυνδυασμός, έχει ρυθμό μετάλλαξης περίπου 10× εκείνον σε ελεύθερα ζωντανά βακτηριακά είδη ( Moran et al. 2009). Καθώς οι δύο προερχόμενες αλλαγές στο ιστορικό ζωής αναμένεται να έχουν αντικρουόμενες επιπτώσεις στο ποσοστό μετάλλαξης, η θεωρία προτείνει ότι η μείωση του Νμι είχε μεγαλύτερη επίδραση από τη μείωση του ρυθμού ανασυνδυασμού, αν και αυτή η ερμηνεία είναι θολή από το γεγονός ότι η απουσία ανασυνδυασμού αναμένεται να προκαλέσει μείωση του Νμι μέσω εφέ ωτοστόπ. Ένα σχετικό σημείο αφορά το επιχείρημα ότι η αυξημένη ευαισθησία σε μεταλλάξεις που αλλάζουν τα αμινοξέα στα θερμόφιλα βακτήρια έχει ως αποτέλεσμα την εξέλιξη ενός μειωμένου ρυθμού μετάλλαξης υποκατάστασης βάσης (Friedman et al. 2004). Όπως σημειώθηκε παραπάνω, στα μη ανασυνδυαζόμενα είδη, το μέγεθος της επιλογής στο ρυθμό μετάλλαξης είναι ανεξάρτητο από τις επιδράσεις καταλληλότητας των μεταλλάξεων, οι οποίες γίνονται παράγοντας μόνο όταν ο ρυθμός ανασυνδυασμού είναι πολύ μεγαλύτερος από τη μέση επιβλαβή επίδραση των μεταλλάξεων. Έτσι, η εγκυρότητα της ερμηνείας των Friedman et al. (2004) εξαρτάται από τον βαθμό στον οποίο τα γονιδιώματα των θερμόφιλων βακτηρίων κληρονομούνται με κλωνικό τρόπο.


Δες το βίντεο: Αντιπρόεδρος ΕΟΔΥ: Είναι δύσκολο να ακυρωθεί ένα εμβόλιο από μια μετάλλαξη. OPEN TV (Νοέμβριος 2022).