Kanser Genomlarında Sigara Kaynaklı Hasarların İncelenmesi

60 yıldan uzun bir zamandır biliyoruz ki sigara, kanser için, en çok uzak durulabilecek risk faktörlerinden biri. Yine de tütün dumanının genoma verdiği zarar ve nihayetinde kansere sebep olan mutasyonları yaratmasının detaylı mekanizması hala tam olarak anlaşılmış değil. Alexandrov et al. sigarayla ilişkilendirilen 17 farklı kanser türünden 5000’in üzerinde genom dizisindeki  mutasyon imzalarını (mutasyona neden olan farklı süreçlerin kanserli hücrelerde bıraktığı genetik izleri) ve DNA metilasyon değişikliklerini inceledi. (Pfeifer’in görüşüne bakınız.) Onlar, kompleks yapıda mutasyon imzaları keşfettiler. Sadece sigara dumanına  direkt olarak maruz kalan dokular, bilinen tütün kanserojen maddesi benzopiren’in  imza özelliklerini göstermiştir. Bir tek gizemli imza, sigara ile ilişkili tüm kanserlerin ortak noktası olmuştur fakat kaynağı belli değildir. Sigara içmenin yanlızca DNA metilasyonunda ufak bir etkisi vardır.

Özet

Sigara kullanımı, insanlarda görülen en az 17  kanser türünde risk artışına sebep olmaktadır. Sigara içmenin yüksek risk oluşturduğu 5243 kanser türü için somatik mutasyonları ve DNA metilasyonunu analiz ettik. Sigara kullanımı, farklı kanserlerde, farklı ölçülerde payı olan bir çok belirgin mutasyon imzasının artan mutasyon yükleri ile ilişkilidir.

 Bu mutasyon imzalarından birisi olan ve daha çok direkt olarak sigara dumanına maruz kalan dokularda karşılaşılan DNA eşlenim hatası, sigarada bulunan karsinojenlerle ilişkilendirilmiştir.

 Diğerleri, muhtemel olarak, APOBEC sitidin deaminazlarının  ve endojen hassas mutasyon süreçlerinin, DNA düzenlenmesindeki dolaylı aktivasyonunu yansıtmaktadır. Sigaranın, metilasyondaki belirli farklılıklarla ilgisi vardır.

Sigarayla ilişkili olan bazı kanser türlerinde, bu mekanizma için doğrudan kanıt eksik olsa bile, sonuçlar, sigaranın somatik mutasyon yükünü arttırarak kanser riskini arttırdığı önermesiyle tutarlıdır.  Tütün kullanımı,  insanlarda en az 17 kanser çeşidiyle (Tablo1) ilişkilendirilmiştir ve her yıl 6 milyondan fazla insanın ölümüne sebep olmaktadır. (1-4) Sigara dumanı, içinde en az 60 tanesinin kanserojen madde olduğu kompleks bir kimyasal karışımdır. (5) Bunlardan birçoğunun, DNA hasarına sebep olarak, eşlenim hatası olduğu zaman, somatik mutasyon miktarını arttırıp böylece kanserli hücrelerde etmen mutasyonların elde edilmesi ihtimalinin artmasına yol açtığı düşünülmektedir. Bu tip bir hasar, genellikle, DNA Katımı denilen, metabolik olarak aktive olmuş reaktif karsinojen türlerinin, kovalent bağ formunda DNA bazına bağlanması şeklinde oluşur. Dumana doğrudan maruz kalan dokular, (ör; ciğer) doğrudan maruz kalmayan dokularla birlikte (ör; mesane) sigara içenlerde yüksek oranda DNA katımlarını, yani sigara dumanının kanserojen bileşenlerine maruz kalındığının kanıtını ortaya  koymuştur. (7,8)

Tablo 1 Sigara kullanımı ile ilişkilendirilen mutasyon imzaları ve kanser türleri. Kansere yakalanan mevcut erkek sigara kullanıcılar için, yaşa göre düzenlenmiş risk oranları hakkında bilgi, (2-4)’ten alınmıştır. Küçük hücreli akciğer kanseri, skuamöz hücreli akciğer kanseri ve akciğer adenokarsinomu için günde ortalama 30 sigaradan fazla bir doz için risk oranları. Mevcut kadın sigara kullanıcılarında serviks (rahim ağzı) ve over (yumurtalık) kanseri için risk oranları. Tüm mutasyon tipleri, tüm mutasyon imzaları ve DNA metilasyonu hakkında detaylı bilgi tablo S2’de verilmiştir. İmza tanımlama sayıları için terimlendirme, EVRENSEL veritabanı ile uyumludur.

Akut kan kanseri (lösemi), mide, yumurtalık ve kalın bağırsak kanserleri için sigara içenler ve içmeyenlerin sayısı bilinmemektedir. (diğer bir değişle, kaynak çalışmalarda bildirilmemiş) Sigara içenlerde yüksek mutasyon yükü ile tüm mutasyon imzalarının yapıları, Şekil. 2B.’de gösterilmiştir. N/A belirli bir kanser türü için sigara içmekle ilgili bilgi notunun olmadığına işaret eder. Yıldız imi, bir imzanın, bir kanser türünde içilen paket yıllarıyla bağlantılı olmasına işaret eder. N.S. istatiksel olarak önemli yüksek mutasyon imzaları taşımayan  kanser tiplerini yansıtır. Tüm kanser türleri için tüm risk oranları verilmemiştir.

Somatik hücrelerde mutasyonlara sebep olan her biyolojik süreç bir mutasyon imzası bırakır (9). Bir çok kanserin TP53 geninde somatik mutasyonu vardır ve iki dekat önce derlenen TP53 mutasyonlarının katalogları, sigara içenlerdeki akciğer kanserlerinin sigara içmeyenlerdeki akciğer kanserlerine göre daha fazla C>A transversiyonları içerdiğini göstererek bu imzaların (10) erken keşfine olanak sağlamıştır. (11-14) Sistematik kanser genom dizilimine göre oluşturulan binlerce mutasyon kataloğunu kullanarak mutasyon imzalarını araştırmak için, yakın dönemde, 5ve 3uçlarından mutasyona uğramış baza kadar olan tüm 6 yer değiştirme tipini içeren 96 mutasyon sınıflandırması kullanılarak her bir baz yer değiştirme imzası karakterize edilen bir çerçeve oluşturduk. Analiz, mutasyon imzalarını mutasyon kataloglarından elde ederek her bir imzanın her bir kanser genomunda katkı sağladığı mutasyonların sayısını öngörür. (15) Bu yöntem kullanılarak, 30’dan fazla baz yer değiştirme imzası tanımlanmış olur. (16-18)

Bu çalışmada, mutasyon imzalarını ve sigara kullanımıyla ilişkili metilasyon değişikliklerini (tabloS1) tespit etmek için sigara tüketmenin risk oluşturduğu kanser türlerinden 5243 kanser genom dizilimini (4633 ekson ve 610 tüm genom) araştırdık. İncelediğimiz örneklerden 2490’ının sigara içenlerden ve 1063’ünün hiç içmeyenlerden olduğu rapor edilmiştir. (Tablo 1) Böylelikle, sigara içmenin mutasyona ait sonuçlarını, akciğer, gırtlak, yutak, oral kavite, yemek borusu, mesane, karaciğer, rahim ağzı, böbrek ve pankreas kanserleri için sigara içenlerde ve içmeyenlerdeki somatik mutasyonlar ve metilasyonu karşılaştırarak inceleyebildik. (Şekil 1 ve tablo S2) 

Böylelikle, sigara içmenin mutasyona ait sonuçlarını, sigara içenler ve içmeyenlere kıyasen somatik mutasyonlar ve metilasyonları karşılaştırarak akciğer, gırtlak, yutak, oral kavite, yemek borusu, mesane, karaciğer, rahim ağzı, böbrek ve pancreas kanserleri için inceleyebildik (Şekil 1 ve tablo S2).

 Şekil 1

Sigara içenler ve hayat boyu sigara kullanmayanlar arasındaki karşılaştırma. Sütunlar, megabaza göre (MB), (Nükleik asitlerde 1000000 nükleotide eşdeğer uzunluk birimi) indel (eklenme ve çıkarılma mutasyonu) sayılarını, megabaza göre dinükleotit mutasyon sayılarını (Dinucs), megabaza göre, DNA kırılım sayılarını, (Breaks) sıra numarasında değişiklik gösteren (Aberr) genom fraksiyonu ve megabaza göre sigara kullanımı ile ilişkilendirilen bir çok kanser çeşidine atfedilen mutasyon sayılarını göstermek için kullanılmıştır. Açık gri çubuklar sigara içmeyenleri temsil ederken, koyu gri olan çubuklar, sigara kullananlar içindir.  Sigara içenler ve içmeyenler arasındaki tüm belirleyici özellikler için olan karşılaştırmalar, belirli bir kanser türününe özgü mutasyon imzaları ve tüm DNA metilasyonu da dahil olmak üzere, tablo S2’de belirtilmiştir.

Hata çubukları, her bir özellik için %95 güven aralığına işaret etmektedir. Her q değeri, iki örneklem Kolmogorov-Smirnov testine dayalı olarak, bir kanser türündeki tüm ayırt edici özellikler için çoklu hipotez denemesini doğrular niteliktedir. Kanser türleri, sigara için yaşa göre ayarlanmış tahmini risk oranlarına dayalı olarak Tablo 1’de sunulduğu şekilde sıralanmıştır.

Her megabaz ve kopya-sayısı değişiklikleri gösteren genom fraksiyonunun kırılım sayıları için olan data, karaciğer kanseri ve küçük hücreli akciğer kanserinde rastlanmamıştır. Adeno, adenokarsinom; Özofag., özofagus. Sunulan verilerin, sigara kullanmayanlarda sadece küçük hücreli akciğer kanseri, skuamöz hücreli akciğer kanseri, ve gırtlak kanseri için bir kaç vakayı (>10) içerdiğini dikkate alınız.

Öncelikle, baz yer değiştirmeleri, küçük eklenme ve silinmeler (indel) ve genomik yeniden düzenlemelerin toplam sayılarını karşılaştırdık. Baz yer değiştirmelerin toplam sayısı sigara içenlerde, tüm kanser tipleriyle birlikte (q değeri < 0.05) ve bireysel kanser türleri için akciğer adenokarsinom, gırtlak, karaciğer ve böbrek kanserlerinde, sigara içmeyenlerle karşılaştırıldığında daha yüksekti. (tablo S2) Adenokarsinom ve karaciğer kanserinde toplam indel sayısı sigara içmeyenlere oranla, sigara içenlerde daha fazlaydı. ( tabloS2 ) Tüm genom-sıralı vakalar, pankreas ve karaciğer kanserlerinde sigara içenler ve içmeyenler arasında genomların yeniden düzenlemelerinde karşılaştırmalar yapılmasına izin vermiştir ama farklılığa rastlanmamıştır. Ancak subkromozomal kopya sayısı değişiklikleri genomik yeniden düzenlemelere neden olmaktadır ve yeniden düzenlemeler için taşıyıcı işlevi görebilir. Sigara içenlerin akciğer adenokarsinomları, içmeyenlerden daha fazla kopya-sayısı sapması göstermiştir. (tablo S2)

Daha sonra, mutasyon imzalarını çıkarttık, her imzanın her bir kansere olan katkısını hesapladık ve sigara içenlerde ve içmeyenlerde her bir imzaya dayandırılabilecek mutasyon sayılarını karşılaştırdık. Sigara içenlerdeki artışlar, sigara içmeyenlerle kıyaslandığında, 2,4,5,13 ve 16. imzalara yönelik olarak görülmüştür. [Kanserde Somatik Mutasyonlar (COSMIC) Kataloğunda ve (16-18’de) kullanılan mutasyon imzası terminolojisi]

Bu artışlar, imza 4 ve 5 için, (q<0.05) eğer düşünüldüğü gibi neoplastik değişimden önce sigara dumanına bağlı mutasyonlar ise klonal mutasyonlardan (her bir kanserin tüm hücrelerinde mevcut mutasyonlar) olduğunu gösteren yeterli istatistiksel hüküm vardı.

İmza 4, diğer baz değişim gruplarından daha küçük katkılarla birlikte (Şekil 2B ve şekil S1) ağırlıklı olarak, C>A mutasyonlarıyla karakterize edilmiştir. Bu imza, sadece tütün kullanımının riski arttırdığı ve çoğunlukla, direkt olarak sigara dumanına maruz kalan epitelyumdan türeyen kanser türlerinde bulunmuştur. (şekiller S2 ve S3) İmza 4, hücrelerin, bir sigara dumanı karsinojeni olan benzo[a]piren’e, maruz bırakılmasıyla (kosinüs benzeşme = 0.94) (Şekil 2B ve şekil S3), yapay ortamda üretilen mutasyon imzasına çok benzemektedir.

Benzerlik, benzo [a]piren’in uğrattığı DNA hasarının önerilen mekanizması, guanin üzerindeki (şekil S1) hacimli DNA katımlarının transkripsiyon bağlanmış nükleotit eksizyon onarımı (NER) göstergesi olan transkripsiyonel zincir sapmasının varlığına kadar uzanır. Böylelikle, imza 4, muhtemelen, tütün karsinojenleri yüzünden oluşan DNA hasarının eşlenim hatasının doğrudan mutasyona ait sonucudur. Şekil 2.
Sigara kullanımı ile ilişkilendirilen mutasyon imzaları.

(A) Her panel, sigara içen veya içmeyenlerden belirli bir kanser türünde gelişigüzel seçilmiş 25 kanser genomu (ayrı çubuklarda belirtilen) içermektedir. Y aksı, megabaza göre somatik mutasyon rakamlarını yansıtmaktadır. Her çubuk, o örnekte bulunan mutasyon imzalarına atfedilen megabaza göre mutasyon sayısına oranlı olarak renklendirilmiştir. Mutasyon imzalarının adlandırılması daha önceki raporlarla uyumludur. (16-18) (B) Her panel, sigara kullanımı ile ilişkilendirilen bir mutasyon imza modelini içermektedir. İmzalar, sübstitüsyon çeşidi ve mutasyona uğramış baza göre doğrudan doğruya 5′ ve 3′ uçlarındaki dizi bağlamı tarafından tanımlanan 96 yer değiştirme (sübstitüsyon) sınıflandırması kullanılarak belirtilmiştir. Farklı çeşit yer değiştirmeleri göstermek için farklı renkler kullanılmıştır. X aksları farklı türde yer değiştirmeleri göstermekteyken, özgün yer değiştirme çeşitlerine atfedilmiş mutasyon yüzdeleri, y aksları üzerindedir. Mutasyon imzaları, tüm insan genomunun trinükleotit sıklığına dayalı olarak tanımlanmıştır.

İmzalar 2,4,5,13 ve 16, sigara kullanımı ile ilşkili kanser türlerinden seçilmiştir. Benzo [a]piren imzası, yapay ortamda deneysel veriye dayanmaktadır. (19)  Bu mutasyon imzaları için sayısal değerler tablo S6’da temin edilmiştir.

Sigara içenlerdeki çoğu akciğer ve gırtlak kanserleri bir çok imza 4 mutasyonlarına sahipti. İmza 4 mutasyonları, tüm kanser türleriyle beraber (tabloS2) skuamöz akciğer, akciğer adenokarsinomu ve gırtlak kanserlerinde (tablo S2) sigara içmeyenlerle karşılaştırıldığında, içenlerde daha sıklıkla meydana gelmiştir. Bu bulgu, baz yer değiştirmelerinin toplam sayısındaki farklılıkları büyük ölçüde açıklamaktadır. (Tablo1) Sigara içmeyenlerde, akciğer kanserlerinin %13.8’ü, pasif içiciliğe, sigara alışkanlığı ile gerçek dışı rapor verme ya da yorum hatalarına dayalı olarak, imza 4 mutasyonları sergilemiştir. (Şekil 2A;>1 megabaz başına mutasyon) İmza 4 mutasyonları, muhtemelen sigara dumanına daha az maruz kalma veya daha etkili temizlenme sebebiyle her ne kadar akciğer ve gırtlak kanserlerinde daha az sayılarda olsa da, oral kavite, gırtlak ve özofagus(yemek borusu) kanserlerinde de saptanmıştır. Sigara içenler ve içmeyenler arasında, imza 4’e atfedilen mutasyon yükü farklılıkları, bu kanser türlerinde gözlemlenmemiştir. (Şekil.1) İmza 4 mutasyonları, sigara dumanına doğrudan maruz kalmayan bir organ olan karaciğer kanserlerinde düşük seviyelerde ve sigara içenlerde, içmeyenlere göre yüksek seviyelerde rastlanmıştır. İmza 4, sigara kullanımında görülen, bilinen risklere ve bu grupta bir çok sigara kullanıcısının varlığına rağmen, mesane, rahim ağzı, böbrek veya pankreas kanserlerinden elde edilmemiştir. Ek olarak, bu mutasyon imzası, mide kanserleri, kolon rektum, yumurtalık veya akut miyeloid lösemi kanserlerinden elde edilmemiştir. (Analiz edilen gruplarda, bu kanser hastalarının sigara içme durumları bilinmemekteydi; fakat çoğunun içici olması olasıdır.) Tüm bu kanser türlerinden türeyen dokular direkt olarak sigara dumanına maruz kalmamıştır. Simülasyonlar göstermektedir ki imza 4’ün eksikliği istatistiksel sınırlandırmalardan dolayı değildi. (ilave metin ve şekil S4)

İmza 4’ün bulunmayışı ortaya koymaktadır ki, sigara dumanı bileşenlerine bağlı doğrudan DNA hasarının eşlenim hatası,  tütünün sebep olduğu DNA hasarının göstergesi olan DNA katımlarının, onların oluştuğu dokularda mevcut olmasına rağmen, bu kanserlerdeki mutasyon yükünde önemli derecede pay sahibi değildir (7). İmzalar 2 ve 13, C>T ve C>G mutasyonları ile ayrı ayrı TpC dinükleotitlerinde karakterize edilmiştir ve APOBEC deaminazlarının aşırı aktif DNA düzenlemesine dayandırılmıştır. (20,21) Çoğu kanserdeki aşırı aktivitenin sebebi belirlenmemiştir buna rağmen, APOBEC’ler yabancı DNA’nın girişine hücresel tepkinin, retrotranspozon hareketinin ve bölgesel inflamasyonun kapsamına dahil edilmiştir. İmza 2 ve 13, sigara içenlerde, adenokarsinomlu içmeyenlerle karşılaştırıldığında daha fazla mutasyon sergilemiştir. (tabloS2)  Bu imzalar, sigara dumanı ile bağlantılı gözükmeyen diğer bir çok kanser türünde de bulunduğu için, akciğer adenokarsinomunda sigara kullanımı ile ilişkilendirilen imza 2 ve 13 mutasyonlarının sigara dumanının neden olduğu DNA hasarının eşlenim hatasının doğrudan sonuçları olması pek muhtemel gözükmemektedir. Daha makul bir biçimde, imza 2 ve 13’ün altında yatan hücresel mekanizma, muhtemelen, madde zerreciklerinin birikiminden kaynaklanan inflamasyon  ya da DNA hasarının dolaylı sonuçlarından dolayı sigara dumanı tarafndan harekete geçirilmiştir. İmza 5, T>C ve C>T mutasyonlarının ağır basmasıyla ve T>C mutasyonları için, transkripsiyonel zincir sapması kanıtı ile, (18) baz yer değiştirmelerinin 96 alt türü boyunca dağılmış mutasyonları ile nitelenmiştir. (Şekil 2B) İmza 5, sigara kullanımına bağlı olmayanlar dahil, tüm kanser türlerinde ve çoğu kanser örneğinde bulunmuştur. Bu imzaya atfedilebilen mutasyonların sayısı, çok sistematik olarak, bir çok kanser türünde teşhisin konduğu zamanki yaşa bağlıdır. (17) İmza 5’in, imza 1 ile beraber germ hattında ve çoğu normal somatik hücrede  mutasyon birikimine katkı yaptığı düşünülmektedir. (17,23) İmza 5 mutasyonlarının ilerleyişi, NER’in bir bileşimini kodlayan ERCC2’deki inaktivitasyonu sağlayan mutasyonları barındıran mesane kanserlerinde görülmüş olmasına rağmen, İmza 5’in altında yatan mekanizmalar iyi anlaşılamamıştır. İmza 5, (veya, bu imzaların göreceli olarak sabit profillerinden dolayı, imza 5’ten ayırt etmesi zor olan, farklı bir imza) sigara içenlerde, içmeyenlerle mukayese edildiğinde, tüm kanser çeşitlerinde ve  skuamöz hücreli akciğer, adenokarsinom akciğer, gırtlak, yutak, oral kavite (ağız boşluğu), skuamöz (yassı) hücreli yemek borusu, mesane, karaciğer ve böbrek kanserlerinde 1.3 ila 5.1 (q<0.05; tablo S2) kat artış görülmüştür. Bu dokuz kanser çeşidi üzerinden, imza 5 mutasyonları ve sigara içmenin bağlantısı, sigara kullanımının oluşturduğu riskler bir miktar olduğundan ve normal öncül hücreler direkt olarak sigara dumanına maruz kalmadığından, haliyle bazılarını kapsamaktadır (Tablo1). İmza 5’in hassas yapısı, (17) insan germ hattındaki varlığı (23), sigara kullanımına bağlı olmayan kanser çeşitlerindeki ezeli ve ebedi varlığı (18), ve sigara kullanmayanlarda da yaygın oluşu göz önüne alındığında, sigara kullanımı ile ilişkilendirilen imza 5 mutasyonlarının, tütün karsinojenleri tarafından hasara uğratılan DNA’nın eşlenim hatasının doğrudan sonuçları olduğunu söylemek pek mümkün gözükmüyor. Sigaranın, imza 5 mutasyonlarını yaratan mekanizmayı etkilediğini söylemek daha makul. (24) Büyük olasılıkla sigaranın etkilerinin bir sonucu olarak, imza 5 mutasyonları, sigara içmeyenlerde, teşhis anında yaşla ilişkilendirildi (P=0.001) ama sigara içenlerde değil. (P=0.59) İmza 16, ağırlıklı olarak Apt dinükleotitlerinde T>C mutasyonları ile karakterize edilmiştir; (Şekil 2B) adeninde oluşan neredeyse tüm hasar ile uyumlu kuvvetli bir transkripsiyonel zincir sapması sergiler; (şekil.S5) ve şimdiye kadar sadece karaciğer kanserinde tespit edilmiştir. Bunun altında yatan mutasyon prosesi şimdilik bilinmiyor. İmza 16, karaciğer kanseri olan sigara içen kişilerde, içmeyenlere göre daha yüksek mutasyon yükü ortaya koymuştur. (tablo S2) Akciğer, gırtlak, yutak, oral kavite, yemek borusu, mesane, karaciğer, rahim ağzı, böbrek ve pankreas kanseri olan sigara içen kimseler için, sigara dumanına gittikçe artan maruz kalma üzerine sayısal veri mevcuttu. (tabloS1) Baz yer değiştirme mutasyonlarının toplam sayıları, tüm kanser türleriyle birlikte (q<0.05) akciğer adenokarsinomu için de, içilen paket yılları ile (1 paket yılı, 1 sene boyunca her gün 1 paket sigara içmek olarak tanımlanmıştır.) pozitif bağlantılıdır. (tablo S3) Bireysel mutasyon imzaları için, içilen paket yılları ile ilişkilendirme, imza 4 ve 5’ e yönelik bir çok kanser çeşidinde bulunmuştur. (tablo S3) İmza 4,  skuamöz hücreli akciğer, akciğer adenokarsinomu, gırtlak, oral kavite ve karaciğer kanserlerinde paket yılları ile bağlantılıdır. İmza 5, akciğer adenokarsinomu, yutak, oral kavite ve mesane kanserlerinin yanısıra tüm kanser çeşitlerinde paket yılları ile bağlantılıdır. (tablo S3) Akciğer adenokarsinomundaki sigara içilen paket yılları ile olan bağlantı, imza 2 ve 13’te de görülmüştür. Bu korelasyonların oranları, senede her gün 1 paket sigara içmeye bağlı, her dokunun normal hücresinde birikmiş olan  mutasyonların yaklaşık sayılarının tahmin edilmesine olanak sağlar: akciğer, 150 mutasyon; gırtlak, 97; yutak, 39; oral kavite, 23; mesane, 18; karaciğer, 6. (tablo S3) Sonuçlarımız ile tutarlı bir şekilde, daha önceki çalışmalar, akciğer adenokarsinomunda, sigara içenlerde, içmeyenlere göre yüksek sayılarda toplam baz yer değiştirmeleri raporlamıştır. (Büyük ölçüde C>A yer değiştirmeleri nedeniyle) (25, 26) Aynı şey, akciğer adenokarsinomunda imzalar 4 ve 5 için (18), karaciğer kanserinde imza 4 için (27) ve mesane kanserinde imza 5 için de geçerlidir. (24) Sigara içenlerin, içmeyenlere kıyasla normal hücrelerinin DNA’sının diferansiyel metilasyonu rapor edilmiştir. (28) İnsan genom bölgesindeki ~28 milyon CpG bölgelerinin ~470.000 kadarını içeren metilasyon sıralamalarından alınan datayı kullanarak, kanserlerde metilasyon farkı bulunup bulunmadığını değerlendirdik. Kanserlerde DNA’daki CpG metilasyonunun toplam seviyeleri, tüm kanser çeşitlerinde sigara kullananlarda ve kullanmayanlarda benzerdi. (şekil. S6) Bireysel CpG’ler sadece iki kanser çeşidinde (>5%) farklı metillenmişti: Akciğer adenokarsinomundaki 369 CpG bölgesi hipometilasyona, 65 bölge hipermetilasyona uğrarken, ağız kanserlerinde 5 bölge hipometilasyona ve 3 bölge hipermetilasyona uğramıştır. (Şekil 3 ve şekil S7) Metilasyonda değişiklik gösteren CpG’ler, belirli genlerde kümelenmiş ancak beklenenden daha fazla, ne bilinen kanser genleriyle ne de normal kanda hipometilasyona uğramış genlerle ya da sigara içenlerin bukkal hücreleriyle ilişkili değildir. (şekil S8 ve tablolar S4 ve S5) (28) Bu sebeple, akciğer kanseri dışında, CpG metilasyonu sigara içen ve içmeyen kanser vakalarında sınırlı farklılıklar göstermiştir. (Şekil 3) 

Şekil 3
Sigara ile ilişkilendirilmiş kanser vakalarında görülen farklı metilasyona sahip CpG bölgeleri.

Her bir nokta tek  bir CpG’yi belirtir. X eksenleri, pozitif değerlerin hipermetilasyona, negatif değerlerin  hipometilasyona karşılık geldiği, hayatı boyunca sigara içmemiş kişiler ve sigara içenler arasındaki metilasyon farkını yansıtır. Y eksenleri, istatistiksel değerleri göstermektedir. 10-7 (kırmızı  çizginin üzeri) olan Bonferroni alt sınırını tamamlayan sonuçlar, istatistiksel olarak kayda değer kabul edilmektedir.

Sigarayla ilişkilendirilmiş kanserli hücrelerin genomları, sigara dumanının kansere nasıl yol açtığı konusundaki anlayışımızı yeniden değerlendirmemize olanak veriyor. Konuyla bağlantılı olarak, sigara dumanının sebep olduğu artan mutasyon yükü kanser riskinin artmasına yol açmaktadır; akciğer adenokarsinom, gırtlak ve böbrek kanserlerinde tüm mutasyon yükü, sigara içmeyenlere göre sigara içenlerde daha yüksektir. Bununla birlikte, tüm mutasyonlardaki farklılıklar, diğer sigarayla bağlantılı kanser çeşitlerinde gözlemlenmemiştir ve bazı kanser çeşitlerinde mutasyon yükü, imzalar ya da DNA metilasyonunda istatiksel olarak önem teşkil eden sigaraya bağlı farklılıklar bulunmamaktadır. Daha sonraki gözlemlerin yorumlanmasında temkinli olunmalıdır. İstatiksel gücün sınırlamalarına ek olarak, bir kanser türünün belirti gösterebilmesi için yıllar süren klonel genişlemenin çoklu devri de gerekli olmaktadır. Bu yüzden, sigarayla ilişkilendirilmiş kanser çeşitlerinin ortaya çıktığı normal dokularda, sigara içenlerde, içmeyenlere kıyasla daha fazla somatik mutasyon (ya da metilasyonda farklılıklar) vardır; fakat bu farklılıklar, araya giren klonal değişim esnasında belirsiz hale gelir. Buna ek olarak, bazı teorik modeller, preneoplastik hücrelerdeki, sigaranın sebep olduğu mutasyon yükündeki nispeten küçük farklılıkların, kanser risklerindeki gözlemlenen artışı açıklayabileceğini öngörmektedir. (29) Diğer modeller, sigara içenler ve içmeyenler arasındaki mutasyon yükü farklılıklarının, kanserli hücrenin son halinde gözlemlenemeyebileceğine işaret ediyor. Buradan hareketle, prekanseröz dokulardaki artan mutasyon yükü, diğer mekanizmalar önerilmiş olsa bile, hala çoğu kanserin sigaraya bağlı risklerini açıklayabilir. (30,31)

Gerçekten de tütün kullanımı yüzünden artan somatik mutasyon yükünün üretimi, işleysel olarak komplike gözüküyor. Sigara içmek, indel sayılarındaki yükselme ve kopya-sayısı değişiklikleri ile beraber, çoklu mutasyonel imzaya sahip baz  yer değişimlerinin artışıyla ilişkilidir. Bu farklı mutasyon proseslerinin işleyişinin kapsamı, doku çeşitleri arasında değişiklik göstermektedir (en azından kısmen tütün dumanına direkt maruziyet derecesine bağlı olarak) ve mekanizmaları, sigara dumanı bileşenlerinden kaynaklanan DNA hasarının eşlenim hatasından, çoğunlukla faal mutasyon süreçlerinin aktivasyonuna kadar uzanmaktadır. Sigara içenlerin kovaryet davranışlarının rolünü ya da sigara içmeyenlerle kıyaslandığında, sigara içenlerde meydana gelen kanserlerin biyolojik farklılıklarını ekarte edemesek de, aslında sigara kullanımının bu farklılıkların sebebi olduğunu söylemek akla çok yatkın gelmektedir.

Çeviren : Sena ERKAN
http://science.sciencemag.org/content/354/6312/618.full?utm_source=sciencemagazine&utm_medium=twitter&utm_campaign=tobaccancer-8852

Check Also

Hiçbir şey Göründüğü Gibi Değil

Büyük Yanılgı!.  Neden Hiçbir şey Göründüğü Gibi Değil? Graham Lawton   Bu sizi hayrete düşürebilir ancak ...