Long-read full-length transcriptome sequencing reveals multilayered sex-associated isoform regulation in thyroid carcinoma

يعد سرطان الغدة الدرقية أكثر أنواع السرطانات شيوعاً في نظام الغدد الصماء، وهو الشبكة التي تتحكم في كيفية استخدام أجسامنا للطاقة والنمو. ولعقود من الزمن، عرف الأطباء والعلماء أن هذا المرض يتصرف بشكل مختلف بين الرجال والنساء؛ حيث تُشخص النساء بسرطان الغدة الدرقية بمعدل أكبر بكثير من الرجال، كما يتبع المرض أحياناً مساراً مختلفاً في كل من المجموعتين. وبينما اشتبه الباحثون لفترة طويلة في أن البيولوجيا تلعب دوراً في هذه الفجوة، ظلت الأسباب الجزيئية الدقيقة مخفية. لفترة طويلة، كانت الطريقة القياسية لدراسة السرطان هي النظر إلى الجينات كما لو كانت وحدات فردية وثابتة، عبر قياس مدى تشغيل أو إيقاف تشغيل جين معين. ومع ذلك، لا ينتج عن الجين الواحد دائماً منتج واحد فقط. فتماماً مثلما يمكن تعديل وصفة واحدة لإنشاء عدة أطببات مختلفة، يمكن معالجة جين واحد بطرق متنوعة لإنتاج نسخ متعددة من جزيء يسمى "النسخة الوراثية" (transcript). وهذه النسخ المختلفة، أو ما يعرف بـ "الأشكال المتعددة" (isoforms)، يمكن أن تمتلك أشكالاً ووظائف متميزة، حتى لو ظل إجمالي كمية الجين ثابتاً. إن فهم هذه الاختلافات الدقيقة أمر بالغ الأهمية لأنها يمكن أن تغير سلوك الخلية، مما قد يؤدي إلى نمو السرطان أو التأثير على استجابة المريض للعلاج.

لقد وضع فريق من الباحثين في مستشفى "أفيلييتد تومور" التابع لجامعة شينجيانغ الطبية هدفاً يتمثل في معرفة ما إذا كانت هذه الاختلافات المخفية في أشكال النسخ الوراثية يمكن أن تفسر الاختلافات بين الرجال والنساء المصابين بسرطان الغدة الدرقية. وبدلاً من استخدام الطرق المجزأة التقليدية لقراءة المادة الوراثية، استخدموا تقنية أحدث تسمى "تسلسل أكسفورد نانوبور" (Oxford Nanopore sequencing). يسمح هذا النهج المتقدم للعلماء بقراءة نسخ وراثية كاملة وطويلة في خطوة واحدة، بدلاً من محاولة تجميع لغز من قطع صغيرة ومكسورة. ومن خلال تطبيق هذه الطريقة على عينات من أورام عشرة مرضى — أربعة رجال وست نساء — رسم الفريق خريطة مفصلة للرسائل الجينية كاملة الطول الموجودة في هذه الأورام. كانوا يبحثون عن أنماط لا تظهر إلا عند فحص الأشكال المحددة للنسخ الوراثية، بدلاً من مجرد النظر إلى الحجم الإجمالي للنشاط الجيني.

كشفت النتائج عن مشهد معقد من الاختلافات التي كانت الأساليب القياسية ستغفل عنها. فبينما وجد الباحثون أن بعض الجينات كانت أكثر نشاطاً في الرجال منها في النساء، إلا أن القصة الحقيقية تكمت في النسخ الوراثية نفسها. فقد حددوا أكثر من ألفي نسخة وراثية تُستخدم بشكل مختلف بين الجنسين، وهو رقم يقارب ضعف عدد الجينات التي أظهرت مستويات نشاط مختلفة. والأهم من ذلك، وجدوا مئات الحالات التي لم يتغير فيها إجمالي كمية الجين على الإطلاق، ومع ذلك تغيرت النسخ المحددة من النسخ الوراثية المنتجة بشكل كبير. يشير هذا إلى أن الاختلاف البيولوجي بين أورام الغدة الدرقية لدى الذكور والإناث لا يتعلق فقط بكمية المادة الوراثية الموجودة، بل يتعلق بالنسخ المحددة من تلك المادة التي يتم استخدامها.

لفهم كيفية حدوث هذه التغييرات، نظر الفريق في الآليات المحددة التي تنشئ هذه النسخ الوراثية المختلفة. ووجدوا دليلاً على عملية "الربط البديل" (alternative splicing)، وهي عملية يتم فيها قص ولصق أجزاء من الرسالة الجينية بترتيبات مختلفة، حيث حدثت في ثمانٍ وستين واقعة فضلت جنساً على آخر. كما اكتشفوا مئات الحالات التي تم فيها تقصير أو تمديد نهايات النسخ الوراثية بشكل مختلف، وهي عملية تُعرف باسم "إضافة ذيل البولي أدينيل البديل" (alternative polyadenylation)، والتي يمكن أن تغير مدى استقرار الرسالة أو كيفية قراءتها من قبل الخلية. وعندما جمع الباحثون كل هذه الطبقات من المعلومات — النشاط الجيني، وفرة النسخ الوراثية، وأنماط الربط، وتعديلات النهايات — حددوا ستة وخمسين مرشحاً رئيسياً أظهرت تغييرات متسقة عبر كل المستويات. ومن بين هؤلاء، ظهرت أنواع معينة من "الرنا غير المشفر طويل السلسلة" (long non-coding RNAs)، مثل SNHG5 وPTCSC2، والتي بدت مركزية في الاختلافات القائمة على الجنس في الورم.

لم يتوقف الفريق عند مجموعتهم الصغيرة المكونة من عشرة مرضى. وللتأكد من أن هذه النتائج لم تكن مجرد صدفة في عيناتهم الخاصة، لجأوا إلى قاعدة بيانات ضخمة ومتاحة للجمهور لبيانات سرطان الغدة الدرقية لأكثر من خمسمائة مريض. وعندما نظروا في مستويات النشاط الجيني في هذه المجموعة الأكبر، لم يتمكنوا من العثة على نفس الاختلافات القائمة على الجنس التي رأوها في دراستهم. ومع ذلك، عندما حللوا الأجزاء المحددة من الجينات التي تتوافق مع النسخ الوراثية التي حددوها، ظهرت الإشارة القائمة على الجنس مرة أخرى. وقد أكد هذا أن الاختلافات التي وجدوها كانت حقيقية وقابلة للتكرار، ولكنها كانت غير مرئية للأساليب التقليدية التي تنظر فقط إلى إجمالي كمية الجين. كما قارنت الدراسة نتائجهم مع بيانات من أنسجة الغدة الدرقية الطبيعية والسليمة؛ حيث وجدوا أنه في الأنسجة السليمة، لم تظهر أي جينات تقريباً اختلافات قائمة على الجنس في نشاطها الإجمالي، باستثناء تلك الموجودة مباشرة على الكروموسومات الجنسية. وقد استبعد هذا احتمال أن تكون الاختلافات التي رأوها في الأورام مجرد انعكاس للاختلافات البيولوجية الطبيعية بين الرجال والنساء؛ بل كانت هذه التغييرات خاصة بالسرطان نفسه.

تخلص الدراسة إلى أن الأساس الجزيئي للتفاوتات بين الجنسين في سرطان الغدة الدرقية أكثر تعقيداً مما كان يُعتقد سابقاً. فالأمر ليس مجرد مسألة امتلاك الرجال لمزيد أو أقل من جين معين مقارنة بالنساء، بل إن الخلايا السرطانية لدى الرجال والنساء تقوم بإعادة تشكيل الهوية ذاتها لرسائلها الجينية، مما يخلق نسخاً مختلفة من النسخ الوراثية التي من المحتمل أن تدفع المرض بطرق متميزة. ومن خلال استخدام التسلسل كامل الطول لرؤية هذه الهياكل المخفية، فتح الباحثون نافذة جديدة لفهم التباين في الأورام. ويشير عملهم إلى أنه لكي نفهم تماماً كيف يتصرف السرطان ولماذا يؤثر على الرجال والنساء بشكل مختلف، يجب على العلماء النظر إلى ما وراء مجرد أعداد الجينات وفحص البنية التفصيلية للنسخ الوراثية نفسها. يوفر هذا النهج صورة أوضح وأكثر اكتمالاً للمرض، مما يفتح آفاقاً لأهداف جديدة للبحث المستقبلي وطرقاً أكثر دقة لفهم البيولوجيا الفريدة لسرطان الغدة الدرقية لدى كل مريض.