מבוא
שיעור זה עוסק בשלושה נושאים מרכזיים:
- התמרה סרטנית - הקשר בין מוטציות, מנגנוני תיקון ופיתוח סרטן
- רקומבינציה ותאחיזה - תהליכי שחלוף גנטי והשפעתם על מגוון גנטי
- סמנים גנטיים ובדיקות גנטיות - שימוש בפולימורפיזם לזיהוי ואבחון
חלק א’: התמרה סרטנית
תהליך ההתפתחות הסרטנית
התפתחות סרטן היא תהליך רב-שלבי שאינו מתרחש ביום אחד. גם בסרטנים שמתפתחים במהירות, מדובר בתהליך שכולל מספר רב של נזקי DNA באתרים שונים ובגנים שונים.
שלבי ההתפתחות הסרטנית
- חלוקה בלתי מבוקרת - תא סומטי רגיל צובר נזק וחולק ללא בקרה
- יצירת גידול שפיר - תאים שגדלים במקום לא מתאים, אך עדיין לא סרטניים
- כשל במנגנוני תיקון - מנגנוני תיקון ה-DNA לא מתפקדים כראוי
- כשל באפופטוזיס - מוות תאי מתוכנת לא מתרחש
- התחמקות ממערכת החיסון - תאים סרטניים מתחמקים מזיהוי
- אנגיוגנזה - יצירת כלי דם חדשים להזנת הגידול
- גרורות - התפשטות למקומות אחרים בגוף
חשוב: ככל שהשלבים מתקדמים, כך חומרת המצב הסרטני עולה.
מנגנוני הגנה טבעיים
מחזור התא ונקודות בקרה
מחזור התא כולל את השלבים:
G1 → S → G2 → M
- G1 - שלב גדילה וקליטת חומרים
- G0 - שלב מנוחה (תא לא מתחלק)
- S - סינתזה/רפליקציה של DNA
- G2 - בדיקה שה-DNA החדש תקין
- M - מיטוזה (חלוקה)
שלוש נקודות בקרה מרכזיות
| נקודת בקרה | מיקום | השאלה המרכזית |
|---|---|---|
| G1 | בין G1 ל-S | האם התא גדול מספיק? האם יש מספיק נוטריאנטים? |
| G2 | בין G2 ל-M | האם ה-DNA החדש תקין? |
| M | במהלך המיטוזה | האם הכרומטידות נקשרו כראוי למיקרוטובולים? |
תנאים לחלוקת תא
- גודל מספיק
- קבלת פקטורי גדילה מהסביבה
- היעדר צפיפות (תאים חשים את הלחץ מתאים שכנים)
טומור סופרסורים ואונקוגנים
שני סוגי גנים מרכזיים בבקרת חלוקה
טומור סופרסורים (Tumor Suppressors)
- תפקיד: עצירת חלוקה כשאין צורך
- סוג מוטציה: Loss of Function (אובדן פעילות)
- אופי: רצסיבי - צריך פגיעה בשני האללים
- דימוי: “דוושת הברקס” או “מתג הכיבוי”
פרוטו-אונקוגנים / אונקוגנים
- תפקיד רגיל: עידוד חלוקה בזמנים מתאימים
- סוג מוטציה: Gain of Function (עודף פעילות)
- אופי: דומיננטי - מספיק פגיעה באלל אחד
- דימוי: “דוושת הגז” או “מתג ההדלקה”
דימוי המתג: פרוטו-אונקוגן שנתקע במצב “דלוק” = חלוקה מתמדת. טומור סופרסור שלא מתפקד = אין מי שיכבה.
דימוי האוטו: אונקוגן = דוושת גז תקועה. טומור סופרסור = ברקסים לא עובדים. בשני המקרים - התקדמות בלתי מבוקרת.
דוגמאות לגנים מרכזיים
P53 - “שומר הגנום”
P53 הוא טומור סופרסור מרכזי עם מספר תפקידים:
- עצירת מחזור התא
- גיוס מנגנוני תיקון DNA
- הובלת תאים לאפופטוזיס
- התערבות באנגיוגנזה
מאפיינים:
- מופיע כמעט בכל סוגי הסרטן
- מוטציה בשני האללים נדרשת (רצסיבי)
- לפילים יש כחמישה עותקים של הגן - כמעט לא חולים בסרטן!
תסמונת Li-Fraumeni
כאשר מורשת מוטציה באלל אחד של P53:
- כל תאי הגוף כבר מכילים מוטציה אחת
- נדרשת רק מוטציה נוספת אחת (ולא שתיים)
- מצב זה נקרא Loss of Heterozygosity
- סיכון מוגבר משמעותית לסרטן
Retinoblastoma (RB)
- טומור סופרסור
- קשור לסרטן נדיר ברשתית העין
- מופיע בעיקר בילדים
- רוב המקרים - אלל אחד מורש פגום
- שיעור הישרדות גבוה (גילוי מוקדם)
BRCA1 ו-BRCA2
- טומור סופרסורים
- קשורים למנגנון תיקון Homologous Recombination
- מוטציה מעלה סיכון לסרטן שד ושחלות
נתונים חשובים:
- 2.5% מהאוכלוסייה האשכנזית נושאים מוטציה
- מגביר סיכון ב-30%-70% (לא 100%!)
- 12% ממקרי סרטן השד קשורים ל-BRCA1/2
- 3 מוטציות נפוצות באוכלוסייה האשכנזית
חשוב: מוטציה ב-BRCA לא מבטיחה התפתחות סרטן, אלא מגבירה סיכון.
RAS - אונקוגן
- במסלול הרצפטור טירוזין קינאז
- מעביר סיגנל לחלוקה
- מוטציית Gain of Function = סיגנל מתמיד לחלוקה
שכיחות בסרטנים:
- סרטן לבלב: כ-90% מהמקרים
- נמצא בסוגי סרטן רבים נוספים
כרומוזום פילדלפיה ו-BCR-ABL
טרנסלוקציה בין כרומוזום 9 ל-22 יוצרת:
- חיבור בין גן BCR (כרומוזום 22) לגן ABL (כרומוזום 9)
- ABL הוא פרוטו-אונקוגן
- החיבור יוצר חלבון פעיל תמידית
- קשור לסרטן CML (לוקמיה מיאלואידית כרונית)
טיפול - Gleevec (Imatinib):
- תרופה ספציפית נגד BCR-ABL
- הכפילה תוחלת חיים
- פחות תופעות לוואי (לא פוגעת בתאים תקינים)
האם סרטן הוא מחלה תורשתית?
לא במובן הקלאסי:
- מחלות תורשתיות קלאסיות = גן יחיד
- סרטן = עשרות עד מאות גנים מעורבים
- רק כ-10% מהסרטנים הם “משפחתיים”
תנאים להורשה:
- המוטציה חייבת להיות בתאי זרע או ביצית
- מוטציות בתאים סומטיים לא עוברות לצאצאים
חלק ב’: רקומבינציה ותאחיזה
רקע - רקומבינציה הומולוגית
רקומבינציה מתרחשת בשני הקשרים:
- במיוזה - שחלוף (Crossing Over) בפרופאזה I להגברת מגוון גנטי
- בתיקון DNA - מנגנון HR לתיקון שברים דו-גדיליים
צירופים הוריים ורקומביננטיים
עבור שני גנים A ו-B על אותו כרומוזום:
צירופים הוריים (Parental):
- השילובים שהתקבלו מההורים כמו שהם
- דוגמה: A גדול B גדול, A קטן B קטן
צירופים רקומביננטיים (Recombinant):
- שילובים חדשים שנוצרו משחלוף
- דוגמה: A גדול B קטן, A קטן B גדול
תאחיזה (Linkage)
הגדרה: תופעה שבה שילובי תכונות מסוימים מופיעים יחד בשכיחות גבוהה מהצפוי.
תנאים לתאחיזה:
- שני הגנים על אותו כרומוזום
- מרחק פיזי קרוב זה לזה
ההיגיון:
- ככל שהגנים קרובים יותר, סיכוי קטן יותר לרקומבינציה ביניהם
- לכן צירופים הוריים יופיעו בשכיחות גבוהה יותר
תומאס מורגן גילה את התופעה בזבובי פירות - צבע גוף וצבע כנפיים נטו לעבור יחד.
חישוב מרחק גנטי
נוסחת מרחק גנטי (סנטימורגן)
\[\text{Genetic distance} = \frac{\text{Number of recombinant individuals}}{\text{Total number of offspring}} \times 100\]פרשנות:
- 50 סנטימורגן ומעלה = אין תאחיזה (גנים בלתי תלויים)
- פחות מ-50 סנטימורגן = יש תאחיזה
- ככל שהמספר קטן יותר, התאחיזה חזקה יותר
יחידות:
- 1 סנטימורגן שווה לבערך 1 מיליון זוגות בסיסים
דוגמה מחושבת - נוצות בעופות
גנים:
- I: I גדול = לבן, i קטן = צבעוני
- F: F גדול = ישר, f קטן = מסולסל
הורים:
- הורה 1: I גדול i קטן, F גדול f קטן (הטרוזיגוט)
- הורה 2: i קטן i קטן, f קטן f קטן (הומוזיגוט רצסיבי)
תוצאות מ-200 צאצאים:
| פנוטיפ | כמות | סוג צירוף |
|---|---|---|
| לבן ישר | 83 | הורי |
| צבעוני מסולסל | 87 | הורי |
| לבן מסולסל | 18 | רקומביננטי |
| צבעוני ישר | 12 | רקומביננטי |
חישוב:
\[\frac{18 + 12}{200} \times 100 = 15 \text{ Centimorgan}\]מסקנה: יש תאחיזה (15 < 50)
שחלוף כפול (Double Crossover)
לפעמים מתרחש שחלוף כפול - החלפה ואז החלפה חזרה.
בעיה: קשה לזהות כי התוצאה נראית כצירוף הורי.
השלכה: עלולים לפספס אירועי רקומבינציה ולהעריך בחסר את המרחק הגנטי.
חלק ג’: סמנים גנטיים ובדיקות גנטיות
מהו סמן גנטי?
הגדרה: רצף DNA קצר וייחודי המופיע פעם אחת בגנום במיקום ספציפי.
שימושים:
- מיפוי גנטי
- זיהוי פלילי
- בדיקות הורות
- בדיקות נשאות למחלות
סוגי פולימורפיזם
SNP (Single Nucleotide Polymorphism)
הגדרה: שונות בנוקלאוטיד בודד בנקודה מסוימת בגנום.
מאפיינים:
- מקסימום 4 אפשרויות (A, T, G, C)
- לרוב רק 2 וריאנטים באוכלוסייה
- יכול להיות באזור מקודד או לא מקודד
VNTR (Variable Number Tandem Repeats)
הגדרה: אזורים חזרתיים בגנום שבהם מספר החזרות משתנה בין אנשים.
מאפיינים:
- רצף קצר (10-60 נוקלאוטידים) חוזר על עצמו
- מספר החזרות שונה בין פרטים
- יוצר אורכים שונים של המקטע
אנזימי רסטריקציה
הגדרה: אנזימים החותכים DNA באתרים ספציפיים.
מקור: התגלו בחיידקים כמנגנון הגנה מפני DNA ויראלי.
מאפיינים:
- מזהים רצף קצר (6-10 נוקלאוטידים)
- חותכים בנקודה מדויקת
- ספציפיים מאוד - שינוי של נוקלאוטיד אחד מונע חיתוך
סוגים:
- Blunt ends - חיתוך ישר
- Sticky ends - חיתוך בזיגזג
שימוש באנזימי רסטריקציה לזיהוי SNP
אם SNP נמצא באתר ההכרה של אנזים:
- רצף תקין ← האנזים חותך ← שני מקטעים קצרים
- רצף מוטנטי ← האנזים לא חותך ← מקטע ארוך אחד
דוגמה - אנמיה חרמשית:
- מוטציה: GAG → GTG (גלוטמין ← ואלין)
- אנזים רסטריקציה מזהה GAG אבל לא GTG
- תקין = פס קצר, מוטנטי = פס ארוך
זיהוי VNTR
שתי שיטות:
- חיתוך באנזימי רסטריקציה משני צידי האזור החזרתי
- PCR עם פריימרים משני הצדדים
בשתי השיטות - הרצה בג’ל אלקטרופורזה מראה אורכים שונים.
בדיקות זיהוי וטביעת אצבע גנטית
עקרונות
- בדיקה של מספר רב של אתרים (15-20+)
- כל אתר נוסף מקטין דרמטית סיכוי לזהות מקרית
- 15 אתרים = סיכוי של ~10⁻¹¹ לשני אנשים זהים
יישומים
זיהוי פלילי:
- השוואת DNA מזירת פשע לחשודים
- לא מספיק להרשעה לבד בישראל - צריך ראיות נוספות
בדיקות הורות:
- ילד חייב לקבל אללים מהוריו
- קל יותר לשלול הורות מאשר להוכיח
מאגרים גנטיים:
- צבא ארה”ב - זיהוי נופלים
- מחקר אנתרופולוגי
בדיקות גנטיות לסרטן
שני סוגים עיקריים
- בדיקות נשאות - האם ירשתי מוטציה?
- דוגמה: BRCA1/2
- נעשה מכל תא בגוף
- בדיקות גידול - מה המצב הגנטי של הגידול?
- מאפיון מוטציות בגידול
- התאמת טיפול אישית
רמות בדיקה
| רמה | מה נבדק | יתרונות | חסרונות |
|---|---|---|---|
| גנום מלא | הכל | מידע מקסימלי | יקר, איטי, הרבה VUS |
| גנים רלוונטיים | כל הגנים הקשורים למחלה | מאוזן | עדיין יקר |
| גן ספציפי | כל הגן | ממוקד | עלול לפספס |
| מוטציות נפוצות | רק המוטציות השכיחות | זול, מהיר, חד משמעי | מפספס מוטציות נדירות |
סוגי תשובות
- חיובי - נמצאה מוטציה פתוגנית
- שלילי - לא נמצאה מוטציה
- VUS (Variant of Uncertain Significance) - נמצא שינוי, לא ברור אם פתוגני
Mammaprint - דוגמה לבדיקת גידול
- בודקת ביטוי של 70 גנים בגידול
- מעריכה סיכון להתפשטות וגרורות
- עוזרת להחליט על טיפול מתאים
סיכום
נקודות מפתח
-
סרטן הוא תהליך רב-שלבי הדורש פגיעה במספר מנגנוני הגנה
-
טומור סופרסורים (כמו P53, BRCA) דורשים פגיעה בשני האללים; אונקוגנים (כמו RAS) מספיק פגיעה באלל אחד
-
תאחיזה מתרחשת כאשר גנים קרובים פיזית על אותו כרומוזום
-
מרחק גנטי נמדד בסנטימורגן לפי אחוז הרקומביננטים
-
סמנים גנטיים (SNP, VNTR) מאפשרים זיהוי, מיפוי ובדיקות גנטיות
-
בדיקות גנטיות לסרטן כוללות בדיקות נשאות ובדיקות גידול, בדרגות פירוט שונות
-
~99% מהגנום זהה בין בני אדם - השונות הגנטית קטנה אך משמעותית
לקסיקון מונחים
- אונקוגן (Oncogene): גן שכאשר הוא פעיל ביתר מעודד התפתחות סרטן
- אפופטוזיס (Apoptosis): מוות תאי מתוכנת
- אנגיוגנזה (Angiogenesis): יצירת כלי דם חדשים
- טומור סופרסור (Tumor Suppressor): גן שתפקידו לעצור חלוקת תאים לא מבוקרת
- רקומבינציה (Recombination): החלפת מקטעים בין כרומוזומים הומולוגיים
- תאחיזה (Linkage): נטייה של גנים קרובים לעבור יחד בתורשה
- סנטימורגן (Centimorgan): יחידת מרחק גנטי
- SNP: שונות בנוקלאוטיד בודד
- VNTR: מספר משתנה של חזרות רצופות
- Loss of Function: מוטציה הגורמת לאובדן פעילות הגן
- Gain of Function: מוטציה הגורמת לפעילות יתר של הגן
- VUS: וריאנט בעל משמעות לא ודאית
- Loss of Heterozygosity: מצב שבו אלל אחד כבר פגום מלידה