Extrachromosomal circular DNA (eccDNA) undergoes self-aggregation and phase separation with HOXD13 to confer chemotherapy resistance

يُعد السرطان مرضاً ناتجاً عن فوضى جينية. فداخل الورم، يمكن للتعليمات الخاصة بالحياة، والتي تُحفظ عادةً بشكل منظم داخل خيوط طويلة تسمى الكروموسومات، أن تتفكك وتتجمع مجدداً بطرق جامحة وغير متوقعة. ومن أكثر النتائج زعزعة للاستقرار في هذه الفوضى هو تكوين حلقات صغيرة دائرية من الحمض النووي (DNA) تطفو بحرية خارج الكروموسومات الرئيسية. ويطلق العلماء على هذه الحلقات اسم الحمض النووي الدائري خارج الكروموسومات، أو eccDNA. وبخلاف الحمض النووي المستقر في كروموسوماتنا، يمكن لهذه الحلقات أن تنسخ نفسها بسرعة وبأعداد هائلة، وغالباً ما تحمل جينات تساعد الخلايا السرطانية على النمو أو البقاء على قيد الحياة أثناء العلاج. لسنوات، عرف الباحثون بوجود هذه الحلقات واشتبهوا في كونها خطيرة، لكن الآلية الدقيقة التي تستخدمها لاختطاف آليات الخلية لتسبب مقاومة الأدوية ظلت لغزاً. إن فهم كيفية عمل هذه الحلقات المارقة أمر بالغ الأهمق، لأنه قد يكشف عن طرق جديدة لوقف الأورام من أن تصبح غير قابلة للعلاج.

لقد كشف فريق من الباحثين في معهد ومستشفى جامعة تيانجين الطبية للسرطان الآن عن مسار محدد تتعاون فيه حلقات الحمض النووي الدائرية هذه مع بروتين لحماية الخلايا السرطانية من العلاج الكيميائي. ومن خلال التركيز على سرطان الخلايا الحرشفية المريئي، وهو نوع من السرطان يصيب المريء، اكتشف العلماء أن حلقات الحمض النووي الدائرية هذه لا تكتفي بالبقاء خاملة، بل تتكتل وتتفاعل مع بروتين معين يسمى HOXD13. ويؤدي هذا التفاعل إلى تحفيز تكوين قطرات تشبه السائل داخل الخلية، وهي عملية تُعرف باسم "الفصل الطوري" (phase separation). فكر في هذه القطرات كفقاعات صغيرة مؤقتة تجمع جزيئات معينة معاً لإنجاز عمل ما. وفي هذه الحالة، تعمل القطرات كدرع واقٍ، مما يساعد الخلايا السرطانية على البقاء على قيد الحياة أمام التأثيرات السامة لعقار "السيسبلاتين"، وهو دواء شائع للعلاج الكيميائي. وتظهر الدراسة أنه عند وجود هذه الحلقات، فإنها تجبر بروتين HOX D13 على التجمع في هذه القطرات، والتي تنتقل بعد ذلك إلى مركز القيادة في الخلية، أي النواة، لتفعيل جينات تعزز البقاء والمقاومة.

بدأ الباحثون بمقارنة الخلايا السرطانية التي أصبحت مقاومة للسيسبلاتين بتلك التي ظلت حساسة له. ووجدوا أن الخلايا المقاومة تحتوي على كميات أكبر بكثير من حلقات الحمض النووي الدائرية هذه. ولإثبات أن هذه الحلقات هي سبب المقاومة، قاموا بعزل الحلقات من الخلايا المقاومة وأدخلوها في خلايا سرطانية حساسة. وكانت النتيجة فورية: أصبحت الخلايا الحساسة فجأة مقاومة للدواء. وعلى العكس من ذلك، عندما أزالوا بروتين HOXD13 من الخلايا، اختفت التأثيرات الواقية لحلقات الحمض النووي، وعادت الخلايا لتصبح حساسة للدواء مرة أخرى. وقد أكد هذا أن الحلقات والبروتين يعملان معاً كفريق واحد لدفع المرض إلى الأمام.

ولفهم كيفية عمل هذا الفريق، نظر العلماء عن كثب إلى سلوك بروتين HOXD13. ولاحظوا أنه عندما تتعرض الخلايا للسيسبلاتين أو ضغوط أخرى، يتجمع البروتين في قطرات متميزة وسائلة. كانت هذه القطرات تتصرف مثل السائل، حيث تندمج وتتحرك، بدلاً من تكوين كتل صلبة. ووجد الباحثون أن وجود حلقات الحمض النووي الدائرية كان ضرورياً لحدوث هذا التجمع. وعندما عالجوا الخلايا بإنزيم يهضم الحمض النووي، تلاشت القطرات وتشتت البروتين. علاوة على ذلك، اكتشفوا أن الحلقات الدائرية يمكنها الارتباط مباشرة ببروتين HOXD13 في أنبوب اختبار، وأن هذا الارتباط يزداد قوة بوجود دواء العلاج الكيميائي نفسه. وهذا يشير إلى أن الدواء، الذي يُفترض به قتل السرطان، يساعد السرطان دون قصد على بناء دفاعاته من خلال تشجيع حلقات الحمض النووي والبروتين على الالتصاق ببعضهما البعض.

بمجرد تشكل هذه القطرات، كان عليها الوصول إلى النواة لإحداث ضررها. وقد حدد الفريق بروتيناً ناقلاً معيناً، يسمى KPNB1، يعمل كحافلة تنقل قطرات HOXD13 من جسم الخلية الرئيسي إلى النواة. وعندما قام الباحثون بوقف عمل هذه الحافلة، بقيت القطرات عالقة في السيتوبلازم ولم تتمكن من تفعيل جينات المقاومة. وداخل النواة، ساعدت قطرات HOXD13 في تفعيل مجموعة من الجينات المتعلقة بالالتهاب ونمو السرطان، مما أدى فعلياً إلى إعادة برمجة الخلية لتجاهل العلاج الكيميائي. كما أظهرت الدراسة أن هذه الحلقات تتفاعل مع منظم رئيسي آخر للالتهاب، وهو NF-κB، مما يعزز قدرة الخلية على البقاء تحت الضغط.

إن النتيجة الأكثر واعدة في هذه الدراسة هي طريقة جديدة محتملة لعلاج هذه الأورام المقاومة. وبما أن حلقات الحمض النووي الدائرية هي نقطة البداية لآلية الدفاع هذه بأكملها، فقد اختبر الباحثون ما إذا كان إزالة هذه الحلقات سيجعل السرطان عرضة للخطر مرة أخرى. قاموا بمعالجة الخلايا المقاومة والفئران الحاملة للأورام بإنزيم DNase I، وهو إنزيم يكسر الحمض النووي. وعند دمجه مع السيسبلاتين، أدى هذا العلاج إلى إزالة الحلقات الدائرية من الخلايا. وبدون هذه الحلقات، لم يتمكن بروتين HOXD13 من تشكيل قطراته الواقية، وفقدت الخلايا السرطانية مقاومتها. وفي الفئران المصابة بالأورام، أدى الجمع بين الإنزيم ودواء العلاج الكيميائي إلى تقليص الأورام بشكل كبير أكثر من أي من العلاجين بمفرده، وتسبب في ضرر أكبر بكثير للحمض النووي للخلايا السرطانية.

يوفر هذا العمل خريطة واضحة لكيفية قيام نوع معين من الحطام الجيني بدفع مقاومة السرطان. فهو يوضح أن الحمض النووي الدائري خارج الكروموسومات يعمل كمحفز، حيث يجمع بروتيناً رئيسياً في قطرات سائلة تنتقل إلى مركز القيادة في الخلية لتشغيل جينات البقاء. ومن خلال استهداف إزالة حلقات الحمض النووي هذه، قد يكون من الممكن تجريد الخلايا السرطانية من دفاعاتها واستعادة فعالية العلاج الكيميائي القياسي. لا تدعي الدراسة أنها علاج شافٍ، لكنها تقدم استراتيجية ملموسة وقابلة للتنفيذ للتغلب على عقبة رئيسية في علاج سرطان المريء، وربما أنواع أخرى من السرطان التي تلعب فيها هذه الحلقات الدائرية دوراً.