Striscio di leucemia mieloide cronica. Paulo Henrique Orlandi Mourao tramite Wikimedia Commons., CC BY-SA

La funzione cellulare sana dipende dall'attività genica ben orchestrata. Attraverso una rete di interazioni incredibilmente complessa, i geni 30,000 cooperano per mantenere questo delicato equilibrio in ognuno dei due 37.2 trilioni di celle nel corpo umano.

In linea generale, il cancro è una rottura di questo equilibrio da cambiamenti genetici o mutazioni. Le mutazioni possono innescare un'eccessiva attivazione dei geni che normalmente istruiscono le cellule a dividersi o l'inattivazione di geni che sopprimono lo sviluppo del cancro. Quando una cellula mutata si divide, passa la mutazione alle sue cellule figlie. Ciò porta all'accumulo di cellule anomale e non funzionanti che riconosciamo come cancro.

Il nostro laboratorio si concentra sulla comprensione di come un particolare cancro - leucemia mieloide cronica o CML - funziona. Ogni anno più di pazienti 700 nel Regno Unito - e oltre 100,000 in tutto il mondo - viene diagnosticata la LMC. Dopo i recenti progressi, quasi 90% dei pazienti di età inferiore a 65 ora sopravvivono per più di cinque anni.

Ma nella stragrande maggioranza dei pazienti la LMC è attualmente incurabile e il trattamento per tutta la vita significa che i pazienti devono vivere con effetti collaterali e la possibilità di insorgenza di resistenza ai farmaci. Con l'aumento del numero di pazienti con LMC che sopravvivono (e il costo del trattamento tra £ 40,000 e £ 70,000 per paziente all'anno), viene posta una crescente pressione sui servizi sanitari.

Una singola mutazione

La LMC è forse unica nei tumori in quanto una singola mutazione, chiamata BCR-ABL, è alla base della biologia della malattia. Questa mutazione ha origine in un singolo cellule staminali leucemiche, ma viene poi propagato nel sangue e nel midollo osseo mentre le cellule leucemiche prendono il sopravvento e bloccano il sano processo di produzione del sangue. La presenza di BCR-ABL influenza l'attività di migliaia di geni, impedendo a queste cellule di svolgere la loro normale funzione di cellule del sangue.

farmaci che neutralizza specificamente gli effetti aberranti di questa mutazione sono stati introdotti nella clinica dai primi 2000. Questi farmaci hanno rivoluzionato la cura del paziente CML. Molti sono ora in grado di vivere una vita relativamente normale con la loro leucemia sotto un buon controllo.

Ma mentre questi farmaci uccidono le cellule figlie più mature della cellula staminale leucemica originariamente mutata, non sono state all'altezza della loro fatturazione iniziale come "proiettili magici" nella lotta contro il cancro. Questo perché la popolazione originaria di "semi" di cellule staminali leucemiche eludere la terapia, sdraiato dormiente nel midollo osseo stimolare la nuova crescita del cancro quando il trattamento viene ritirato.

Per curare veramente la LMC dobbiamo esporre, comprendere il funzionamento interno e sradicare le cellule staminali della leucemia. E per fare questo, abbiamo bisogno di saperne di più su di loro. Come sopravvivono al trattamento che uccide così prontamente le loro controparti più mature? Quali geni iperattivi o inattivati ​​li proteggono?

Crediamo che le risposte a queste domande si trovino nell'analisi dei "big data" biologici. Le tecnologie su scala genomica ora consentono agli scienziati di misurare l'attività (o "espressione") di ogni gene nel genoma simultaneamente, in una data popolazione di cellule o persino a livello di una singola cellula. Il confronto dei dati di espressione generati da cellule staminali leucemiche con gli stessi dati generati da cellule staminali del sangue sane rivelerà singoli geni o reti di geni potenzialmente bersagliabili nella lotta contro la leucemia.

Grandi dati per il salvataggio

In un progetto finanziato da Bloodwise e dalla Scottish Cancer Foundation, abbiamo creato LEUKomics. Questo portale di dati online riunisce una grande quantità di dati di espressione genica della CML da laboratori specializzati in tutto il mondo, incluso il nostro presso l'Università di Glasgow.

La nostra intenzione è eliminare il collo di bottiglia che circonda l'analisi dei big data in CML. Ogni set di dati è sottoposto a controlli di qualità manuali e a tutto il necessario elaborazione computazionale per estrarre informazioni sull'espressione genica. Ciò consente l'accesso immediato e l'interpretazione dei dati che in precedenza non sarebbero stati facilmente accessibili agli accademici o ai medici senza formazione in approcci computazionali specializzati.

Il consolidamento di questi dati in una singola risorsa consente inoltre sforzi di ricerca su larga scala e intensivamente a livello di elaborazione da parte dei bioinformatici (specialisti nell'analisi dei big data in biologia). Da una prospettiva computazionale, il fatto che la LMC sia causata da una singola mutazione lo rende un modello di malattia attraente per le cellule staminali cancerose. Tuttavia, i set di dati esistenti tendono ad avere piccoli numeri di esempio, che possono limitare il loro potenziale.

Maggiore è il numero di campioni disponibili, maggiore è il potere di rilevare i piccoli cambiamenti che possono essere cruciali per la biologia delle cellule staminali tumorali. Mettendo insieme tutti i set di dati CML disponibili a livello globale, abbiamo aumentato significativamente la dimensione del campione, da due a sei per set di dati a più di 100 del tutto. Questo offre un'opportunità senza precedenti di analizzare i dati di espressione genica per esporre i meccanismi sottostanti di questa malattia.

A partire da marzo 2017, il portale è installato e funzionante nel pubblico dominio. Stiamo progettando di visitare la Scozia e partecipare a conferenze internazionali, con l'obiettivo di formare i ricercatori sul modo migliore di sfruttare questa nuova risorsa. In definitiva, speriamo che questo strumento porti a nuove idee e approcci e ad attrarre maggiori finanziamenti nella lotta contro la LMC. E mentre continuiamo ad espandere la nostra rappresentazione dei dati della CML in tempo reale dai centri di ricerca di tutto il mondo, abbiamo anche in programma di iniziare a incorporare i dati di altri tipi di leucemia.

Negli ultimi anni, le terapie mirate sono diventate estremamente importante nella ricerca sul cancro. Fornendo questi dati alla comunità di ricerca CML all'interno LEUKomics, speriamo di mobilitare nuove ricerche sulle cellule staminali leucemiche cancerogene, e alla fine progettare trattamenti mirati senza danneggiare le cellule sane. Il nostro database fornisce una pietra miliare decisiva in questo processo.

Circa l'autore

Lorna Jackson, candidata al dottorato (Paul O'Gorman Leukemia Research Center), Università di Glasgow e Lisa Hopcroft, Research Associate (Institute of Cancer Sciences), Università di Glasgow

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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