Giriş: Kanser Genetiğinde Yeni Nesil Dizileme (NGS) Devrimi
Kanser araştırmalarında genetik ve epigenetik analizlerin hassasiyeti, doğru teşhis ve etkili tedavi planlamaları açısından büyük önem taşır. Yeni Nesil Dizileme (NGS) yöntemleri, tümörlerin genetik profilini belirleyerek kişiye özel tedavi yaklaşımlarının önünü açmıştır. Ancak klasik kısa okuma tabanlı NGS teknolojileri, bazı kritik varyantları ve epigenetik değişiklikleri tespit etmekte yetersiz kalabilir.
Kanser, genetik ve epigenetik değişikliklerin birleşimi sonucu gelişen bir hastalıktır.
Kanserde Yapısal Varyant (SV) ve Oxford Nanopore Teknolojileri (ONT) Avantajları
Yapısal Varyantlar (SV) ve Kanser Genetiği
Örneğin, Kanser genomlarında yapısal varyantlar (SV’ler), tümör gelişimi ve ilerlemesinde kritik rol oynar. Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes (PCAWG) projesi, sürücü mutasyonların %55’inin SV’lerden kaynaklandığını göstermiştir. Bu bulgu, SV’lerin kanser biyolojisindeki önemini vurgulamaktadır (The ICGC/TCGA Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Consortium, 2020).
Metilasyon ve Kanser Genetiği
Son yıllarda yapılan çalışmalar, kanser hücrelerinde DNA metilasyon değişikliklerinin hastalık progresyonunda kritik bir rol oynadığını göstermektedir. Özellikle, CpG metilasyonu kanserin epigenetik seyrini şekillendirirken, bazı bölgelerde global hipometilasyon ve diğer bölgelerde ise hipermetilasyon profilleri gözlemlenmektedir (Weisenberger & Liang, 2015).Teknolojinin sağladığı uzun okuma ve native DNA dizileme özelliği sayesinde, kanser hücrelerindeki hipometilasyon, özellikle düşük yoğunluklu CpG bölgeleri, tekrarlayan
Teknolojinin sağladığı uzun okuma kapasitesi sayesinde, kanser hücrelerindeki metilasyon kayıpları, özellikle düşük yoğunluklu CpG bölgeleri, tekrarlayan elementler, retrotranspozonlar ve laminin ilişkili alanlar (LAD’ler) gibi önemli bölgelerde detaylı bir şekilde incelenebilir.
İşte bu noktada, Oxford Nanopore Teknolojileri (ONT) devreye girerek uzun okuma dizileme ve doğrudan metilasyon analizi gibi benzersiz avantajlar sunar. Peki, kanserde Oxford Nanopore Teknolojileri hangi durumlarda ve neden tercih edilmelidir?
Yapısal Varyantların ve Kompleks Genom Değişikliklerinin Tespitinde ONT’nin Üstünlüğü
Yapısal Varyantlar (SV) ve Kanser Genetiği
Kanserde yapısal varyantlar (SV’ler), özellikle büyük delesyonlar, inversiyonlar ve translokasyonlar hastalık progresyonunu doğrudan etkileyen genetik değişimlerdir. (Li vd., 2020) Ancak, kısa okuma tabanlı dizileme yöntemleri bu büyük ölçekli değişiklikleri tespit etmekte yetersiz kalabilir.
ONT’nin Yapısal Varyant (SV) Analizindeki Üstünlüğü
SV’leri tek bir uzun okuma içerisinde çözümleyerek genomun tam haritasını çıkarabilir.
Kromozomal yeniden düzenlemeleri, füzyon transkriptlerini ve kopya sayısı varyasyonlarını hassasiyetle tespit edebilir (Romagnoli vd., 2023), (Norris vd., 2016). Kısa okuma dizilemenin yanlış negatif oranlarını minimize eder, özellikle FLT3-ITD (Cumbo vd., 2020) ve BCR-ABL (Castagnetti vd., 2017) gibi onkogenik SV’leri belirlemede yüksek doğruluk sağlar.
Ne Zaman ONT Tercih Edilmeli?
- Klasik NGS ile çözülemeyen veya belirsiz bulunan SV’leri doğrulamak için.
- Lösemi, lenfoma ve solid tümörlerde kritik yapısal değişiklikleri tespit etmek için.
Epigenetik Değişiklikler ve DNA Metilasyonu: ONT ile Doğrudan Tespit
Epigenetik Değişikliklerin Kanser Üzerindeki Rolü
Kanser, yalnızca genetik mutasyonlarla değil, aynı zamanda epigenetik değişimlerle de şekillenir. DNA metilasyonu, kanser hücrelerinde gen ekspresyonunu düzenleyerek hastalığın seyrini değiştiren önemli bir mekanizmadır (Wajed vd., 2001).
Klasik metilasyon analizleri, genellikle bisülfit dönüşümü gerektirir. Ancak bu yöntem:
- DNA’nın %90’a kadar bozulmasına neden olabilir (Darst vd., 2010).
- PCR bazlı yanlılıklar oluşturabilir (Kebschull & Zador, 2015).
- GC açısından zengin bölgelerde düşük kapsama oranına sahip olabilir (Browne vd., 2020).
ONT ile DNA Metilasyonu Analizinde Yeni Dönem
- Doğrudan metilasyon tespiti yaparak bisülfit dönüşümüne ihtiyaç duymaz.
- 5mC ve 5hmC metilasyonlarını ayırt edebilir, böylece epigenetik profili çok daha doğru bir şekilde çıkarır.
- cfDNA bazlı minimal invaziv biyopsilerde bile yüksek doğrulukla metilasyon değişimlerini tespit edebilir.
Ne Zaman ONT Tercih Edilmeli?
- Düşük mutasyon yüküne sahip kanser türlerinde (örn. beyin tümörleri, pankreas kanseri) metilasyon bazlı biyobelirteçleri tespit etmek için.
- cfDNA bazlı likit biyopsi ile minimal invaziv epigenetik analizler yapmak için.
Gerçek Zamanlı Veri Akışı ve Hızlı Analiz Yeteneği
Kanser hastalarında genetik analizlerin hızı, doğru tedaviye ulaşmada kritik bir faktördür. Klasik NGS yöntemlerinde veri analizi günler hatta haftalar sürebilir.
ONT’nin Kanserde Hızlı Analiz Yeteneği
- Gerçek zamanlı veri akışı sayesinde DNA dizileme işlemi devam ederken analiz edilebilir.
- Numune başına tek bir platform ile multiomik analizlere olanak tanır.
- Acil vakalarda hızlı tanı ve hedefe yönelik tedavi planlamalarını mümkün kılar.
Oxford Nanopore ile Entegre Histo-Moleküler Tanı
Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ) tarafından hazırlanan MSS tümör sınıflandırması, artık geleneksel histolojik analizin yanında moleküler testleri de zorunlu kılmaktadır.
Temel moleküler belirteçler şunları içerir:
- 1p/19q-ko delesyonu: Genellikle oligodendrogliomalarla ilişkilendirilir.
- IDH mutasyonları: Daha düşük dereceli gliomlarda ve ikincil glioblastomalarda yaygındır.
Mevcut Moleküler Testlerle İlgili Zorluklar
Teknolojik Karmaşıklık: Çeşitli genomik ve epigenomik değişiklikleri değerlendirmek için birden çok ileri teknolojinin kullanılması gerekmektedir.
Uzun Sonuç Alma Süresi: Mevcut yöntemler haftalar alabilmekte ve bu da kritik tedavi kararlarını geciktirmektedir.
Uygulama Engelleri: Sürecin karmaşıklığı ve uzun zaman alması, özellikle acil veya kaynakların sınırlı olduğu ortamlarda, standart ve yaygın klinik uygulamayı zorlaştırmaktadır.
Çözüm: Operasyon Sırasında Gerçekleştirilen Tümör Profilleme
Ameliyat sırasında:
- MGMT promotör metilasyonu ve mutasyon tespiti gerçekleştiren geliştirilmiş bir analiz iş akışı.
- metilasyon tabanlı tümör sınıflandırması,
- kopya sayısı profili oluşturma,
- yapısal varyant arama,
“IDH1/2 mutasyonları 3 oligodendrogliomadan 3’ünde ve 7 astrositomadan 6’sında doğru şekilde tanımlanmıştır.” (Deacon vd., 2024)
Ne Zaman ONT Tercih Edilmeli?
- Hızlı sonuç alınması gereken onkoloji vakalarında (örn. akut lösemi gibi agresif kanser türlerinde).
- Düşük kapsama alanlı tüm genom dizilemesi (lpWGS) yaparak CNV ve SV tespiti sağlamak için.
Sonuç: ONT, Kanser Genetiğinde Oyunun Kurallarını Değiştiriyor!
- Yapısal varyantları hassasiyetle tespit etmek isteyen araştırmacılar için ONT en doğru çözümdür.
- Epigenetik biyobelirteçleri doğru ve hızlı analiz etmek isteyen onkologlar için ONT en güçlü seçenektir.
- Gerçek zamanlı analiz ve hızlı sonuç almak isteyen klinik genetik uzmanları için ONT ideal bir çözümdür.
Kanser araştırmalarınızı ve klinik genom analizlerinizi Oxford Nanopore Teknolojileri ile bir üst seviyeye taşımaya hazır mısınız? Daha fazla bilgi almak ve Oxford Nanopore Teknolojileri’nin sunduğu avantajları keşfetmek için bizimle iletişime geçin!
İletişime geçin
Referanslar:
- Browne, P. D., Nielsen, T. K., Kot, W., Aggerholm, A., Gilbert, M. T. P., Puetz, L., Rasmussen, M., Zervas, A., & Hansen, L. H. (2020). GC bias affects genomic and metagenomic reconstructions, underrepresenting GC-poor organisms. GigaScience, 9(2). https://doi.org/10.1093/gigascience/giaa008
- Castagnetti, F., Gugliotta, G., Breccia, M., Iurlo, A., Levato, L., Albano, F., Vigneri, P., Abruzzese, E., Rossi, G., Rupoli, S., Cavazzini, F., Martino, B., Orlandi, E., Pregno, P., Annunziata, M., Usala, E., Tiribelli, M., Sica, S., Bonifacio, M., & Fava, C. (2017). The BCR-ABL1 transcript type influences response and outcome in Philadelphia chromosome-positive chronic myeloid leukemia patients treated frontline with imatinib. American Journal of Hematology, 92(8), 797–805. https://doi.org/10.1002/ajh.24774
- Cumbo, C., Orsini, P., Anelli, L., Zagaria, A., Minervini, C. F., Coccaro, N., Tota, G., Impera, L., Parciante, E., Conserva, M. R., Redavid, I., Carluccio, P., Tarantini, F., Specchia, G., Musto, P., & Albano, F. (2020). Nanopore sequencing sheds a light on the FLT3 gene mutations complexity in acute promyelocytic leukemia. Leukemia & Lymphoma, 1–10. https://doi.org/10.1080/10428194.2020.1856838
- Darst, R. P., Pardo, C. E., Ai, L., Brown, K. D., & Kladde, M. P. (2010). Bisulfite Sequencing of DNA. Current Protocols in Molecular Biology / Edited by Frederick M. Ausubel … [et Al.], CHAPTER, Unit–7.917. https://doi.org/10.1002/0471142727.mb0709s91
- Deacon, S., I Cahyani, Holmes, N., Fox, G., Munro, R., Wibowo, S., Murray, T., Mason, H., Housley, M., Martin, D., Sharif, A., Patel, A., R Goldspring, Brandner, S., Sahm, F., Smith, S., Paine, S., & Loose, M. (2024). ROBIN: A unified nanopore-based sequencing assay integrating real-time, intraoperative methylome classification and next-day comprehensive molecular brain tumour profiling for ultra-rapid tumour diagnostics. MedRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory). https://doi.org/10.1101/2024.09.10.24313398
- Kebschull, J. M., & Zador, A. M. (2015). Sources of PCR-induced distortions in high-throughput sequencing data sets. Nucleic Acids Research, gkv717. https://doi.org/10.1093/nar/gkv717
- Li, Y., Roberts, N. D., Wala, J. A., Shapira, O., Schumacher, S. E., Kumar, K., Khurana, E., Waszak, S., Korbel, J. O., Haber, J. E., Imielinski, M., Weischenfeldt, J., Beroukhim, R., & Campbell, P. J. (2020). Patterns of somatic structural variation in human cancer genomes. Nature, 578(7793), 112–121. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1913-9
- Norris, A. L., Workman, R. E., Fan, Y., Eshleman, J. R., & Timp, W. (2016). Nanopore sequencing detects structural variants in cancer. Cancer Biology & Therapy, 17(3), 246–253. https://doi.org/10.1080/15384047.2016.1139236
- Romagnoli, S., Niccolò Bartalucci, & Vannucchi, A. M. (2023). Resolving complex structural variants via nanopore sequencing. Frontiers in Genetics, 14. https://doi.org/10.3389/fgene.2023.1213917
- The ICGC/TCGA Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Consortium. (2020). Pan-cancer analysis of whole genomes. Nature, 578(7793), 82–93. https://doi.org/10.1038/s41586-020-1969-6