عدم استقرار الميكروساتلايت

عدم استقرار الميكروساتلايت ( MSI ) هو حالة من فرط الطفرات الجينية (الاستعداد للطفرات ) الناتجة عن خلل في إصلاح عدم تطابق الحمض النووي (MMR). ويمثل وجود MSI دليلاً ظاهرياً على أن MMR لا يعمل بشكل طبيعي.

يُصحح نظام إصلاح عدم تطابق القواعد (MMR) الأخطاء التي تحدث تلقائيًا أثناء تضاعف الحمض النووي ، مثل عدم تطابق قاعدة واحدة أو عمليات الإدخال والحذف القصيرة . تُصحح البروتينات المشاركة في نظام MMR أخطاء البوليميراز عن طريق تكوين مُركب يرتبط بالجزء غير المتطابق من الحمض النووي، ويستأصل الخطأ، ويُدخل التسلسل الصحيح مكانه. ^{[ 1 ]} الخلايا التي تعاني من خلل في نظام MMR غير قادرة على تصحيح الأخطاء التي تحدث أثناء تضاعف الحمض النووي، وبالتالي تتراكم الأخطاء. يؤدي هذا إلى تكوين شظايا جديدة من التكرارات الميكروية . يمكن لفحوصات تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR ) الكشف عن هذه التكرارات الميكروية الجديدة وتقديم دليل على وجود عدم استقرار التكرارات الميكروية (MSI).

الميكروساتلايتات هي تسلسلات متكررة من الحمض النووي (DNA). تتكون هذه التسلسلات من وحدات يتراوح طولها بين 1 و6 أزواج قاعدية ، وتتكرر متجاورة في الجينوم. على الرغم من أن طول الميكروساتلايتات قد يختلف من شخص لآخر، ويساهم في "بصمة" الحمض النووي الفردية، إلا أن لكل فرد ميكروساتلايتات ذات طول محدد. أكثر أنواع الميكروساتلايتات شيوعًا لدى البشر هو تكرار ثنائي النوكليوتيدات C و A ، والذي يتكرر عشرات الآلاف من المرات في جميع أنحاء الجينوم. تُعرف الميكروساتلايتات أيضًا باسم تكرارات التسلسل البسيط (SSRs).

يتكون تركيب عدم استقرار الميكروساتلايت من النيوكليوتيدات المتكررة، والتي غالباً ما تُرى على شكل تكرارات GT/CA. ^{[ 2 ]}

لم يؤكد الباحثون بعدُ التعريف الدقيق لبنية عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI). وبينما يتفق جميع الباحثين على أن الميكروساتلايت عبارة عن تسلسلات متكررة، فإن أطوال هذه التسلسلات لا تزال موضع تساؤل. تشير بعض الأبحاث إلى أن عدم استقرار الميكروساتلايت عبارة عن تسلسلات متكررة قصيرة من الحمض النووي (DNA) تتراوح بين زوج واحد وستة أزواج قاعدية موزعة على الجينوم، بينما تشير أبحاث أخرى إلى أن هذا النطاق قد يتراوح بين زوجين وخمسة أزواج قاعدية. ^{[ 3 ]}

على الرغم من عدم اتفاق الباحثين على عتبة محددة لعدد التكرارات المتتالية التي تُشكل الميكروساتلايت، إلا أن هناك إجماعًا حول حجمها النسبي. تُسمى التسلسلات الأطول بالمينيساتلايت ، والتسلسلات الأطول منها تُسمى مواقع الحمض النووي الساتلي . يميز بعض العلماء بين هذه الفئات الثلاث بناءً على الحد الأدنى لعدد أزواج القواعد، بينما يستخدم آخرون الحد الأدنى لعدد الوحدات المتكررة. تقع غالبية التكرارات في المناطق غير المترجمة، وتحديدًا في الإنترونات . مع ذلك، غالبًا ما تُعيق الميكروساتلايتات الموجودة في المناطق المشفرة توسع معظم الأحداث اللاحقة. تُشكل الميكروساتلايتات ما يقرب من ثلاثة بالمائة من الجينوم البشري، أو أكثر من مليون قطعة من الحمض النووي. تزداد كثافة الميكروساتلايتات مع حجم الجينوم، وتُلاحظ بضعف كثافتها في نهايات أذرع الكروموسومات مقارنةً بأجسام الكروموسومات. ^{[ 4 ]}

تم اكتشاف MSI في عام 1993. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

بشكل عام، ينتج عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI) عن عجز بروتينات إصلاح عدم التطابق (MMR) عن إصلاح خطأ في تضاعف الحمض النووي. يحدث تضاعف الحمض النووي في طور "S" من دورة الخلية ؛ ويحدث الخطأ الذي يُنشئ منطقة MSI خلال عملية التضاعف الثانية. يبقى الشريط الأصلي سليمًا، لكن الشريط الناتج يتعرض لطفرة إزاحة إطار القراءة نتيجة انزلاق بوليميراز الحمض النووي. تحديدًا، ينزلق بوليميراز الحمض النووي، مُنشئًا حلقة إدخال-حذف مؤقتة، والتي عادةً ما تتعرف عليها بروتينات MMR. مع ذلك، عندما لا تعمل بروتينات MMR بشكل طبيعي، كما هو الحال في MSI، تؤدي هذه الحلقة إلى طفرات إزاحة إطار القراءة، إما من خلال الإدخالات أو الحذف، مما ينتج عنه بروتينات غير وظيفية. ^{[ 7 ]}

يُعد عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI) ظاهرة فريدة من نوعها في تعدد أشكال الحمض النووي، حيث تختلف أخطاء التضاعف في الطول بدلاً من التسلسل. ويُعتبر معدل واتجاه الطفرات التي تُنتج عدم استقرار الميكروساتلايت من العوامل الرئيسية في تحديد الاختلافات الجينية. ويتفق العلماء حتى الآن على أن معدلات الطفرات تختلف باختلاف موقع الجين. فكلما زاد طول عدم استقرار الميكروساتلايت، زاد معدل الطفرات. ^{[ 4 ]}

على الرغم من أن معظم طفرات عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI) تنتج عن طفرات إزاحة الإطار، إلا أن بعض الطفرات المؤدية إلى عدم استقرار الميكروساتلايت تنشأ أحيانًا من فرط مثيلة مُحفِّز جين hMLH1 ( بروتين إصلاح عدم تطابق الحمض النووي). يحدث فرط المثيلة عند إضافة مجموعة ميثيل إلى نيوكليوتيد الحمض النووي، مما يؤدي إلى إسكات الجين ، وبالتالي ظهور عدم استقرار الميكروساتلايت. ^{[ 8 ]}

أظهرت الأبحاث أن التلف التأكسدي يُسبب طفرات إزاحة الإطار، مما يؤدي إلى عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI)، ولكن لا يوجد إجماع حول الآلية الدقيقة. وقد تبين أنه كلما زاد الإجهاد التأكسدي على النظام، زادت احتمالية حدوث الطفرات. بالإضافة إلى ذلك، يُقلل إنزيم الكاتالاز من الطفرات، بينما يزيد النحاس والنيكل من حدوثها عن طريق زيادة اختزال البيروكسيدات. ويعتقد بعض الباحثين أن الإجهاد التأكسدي على مواقع جينية محددة يؤدي إلى توقف بوليميراز الحمض النووي في تلك المواقع، مما يُهيئ بيئة لحدوث انزلاق الحمض النووي. ^{[ 9 ]}

اعتقد الباحثون في البداية أن عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI) عشوائي، ولكن ثمة أدلة تشير إلى أن أهداف MSI تشمل قائمة متزايدة من الجينات. ومن الأمثلة على ذلك جين مستقبل عامل النمو المحول بيتا وجين BAX . ويؤدي كل هدف إلى أنماط ظاهرية وأمراض مختلفة. ^{[ 10 ]}

يُعتقد أن التكرارات الميكروية التي تتشكل في المناطق غير المشفرة/الداخلية تؤدي إلى تكوين تراكيب ثانوية للحمض النووي (مثل رباعيات G ) التي قد تُسبب تلف الحمض النووي وموت الخلايا إذا لم يتم إصلاحها. ويتجلى ذلك في اعتماد سرطانات عدم استقرار الميكروساتلايت العالي (MSI-H) على إنزيم هيليكاز متلازمة ويرنر . ^{[ 11 ]}

يرتبط عدم استقرار الميكروساتلايت بسرطان القولون، وسرطان المعدة، وسرطان بطانة الرحم، وسرطان المبيض ، وسرطان الكبد والقنوات الصفراوية، وسرطان المسالك البولية، وسرطان الدماغ، وسرطانات الجلد. ويُعدّ عدم استقرار الميكروساتلايت أكثر شيوعًا في حالات سرطان القولون. يُسجّل سنويًا أكثر من 500,000 حالة إصابة بسرطان القولون حول العالم. وبناءً على نتائج دراسة شملت أكثر من 7,000 مريض، تم تصنيفهم إلى ثلاث مجموعات حسب مستوى عدم استقرار الميكروساتلايت: مرتفع (MSI-H)، ومنخفض (MSI-L)، ومستقر (MSS)، تبيّن أن المرضى المصابين بأورام من النوع MSI-H يتمتعون بتوقعات أفضل بنسبة 15% مقارنةً بالمرضى المصابين بأورام من النوعين MSI-L أو MSS. ^{[ 12 ]}

تُوجد أورام القولون والمستقيم ذات عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI) في القولون الأيمن، وتترافق مع نسيج ضعيف التمايز، ومستويات عالية من الميوسينوجينات، وتسلل الخلايا الليمفاوية إلى الورم، ووجود استجابة مناعية شبيهة بداء كرون. ^{[ 13 ] [ 14 ]} تُظهر أورام MSI-H التي تُساهم في سرطان القولون والمستقيم انتشارًا أقل للنقائل مقارنةً بأنواع سرطان القولون والمستقيم الأخرى. وقد أظهرت أبحاث سابقة أن أورام MSI-H أكثر شيوعًا في المرحلة الثانية من السرطان مقارنةً بالمرحلة الثالثة. ^{[ 3 ]}

استكشف العلماء العلاقة بين بروتينات فرز البروتينات الفجوية (VPS) وعدم استقرار الميكروساتلايت (MSI). ومثل MSI، يرتبط VPS بسرطانات المعدة والقولون. تشير إحدى الدراسات إلى أن بروتينات VPS مرتبطة بسرطانات MSI-H، ولكن ليس بسرطانات MSI-L، مما يحصر دور VPS في سرطانات MSI-H تحديدًا. ^{[ 15 ]}

تشير حالة عدم استقرار الميكروساتلايت عالي التردد (MSI-H) إلى احتمال الإصابة بمتلازمة لينش ، ولكن قد تحدث هذه الحالة أيضًا لدى مرضى لا يعانون من متلازمة لينش، ويتطلب تأكيد تشخيص متلازمة لينش فحص الحمض النووي الجرثومي . ترتبط متلازمة لينش بعدم استقرار الميكروساتلايت وتزيد من خطر الإصابة بسرطانات القولون، وبطانة الرحم، والمبيض، والمعدة، والأمعاء الدقيقة، والقنوات الصفراوية، والمسالك البولية، والدماغ، والجلد. ^{[ 3 ]}

أُجريت دراسة على أكثر من 120 مريضًا بمتلازمة لينش، وعزت رد الفعل الشبيه بداء كرون (CLR) المرتبط بعدم استقرار الميكروساتلايت (MSI) إلى "الببتيدات الورمية النوعية التي تتولد أثناء التسرطن عالي عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI-H)". وأكدت هذه الدراسة أيضًا أن "وجود حماية مناعية مضادة للانتشار في مرضى سرطان القولون والمستقيم عالي عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI-H) قد يفسر النتائج الحديثة التي تشير إلى أن العلاج الكيميائي المساعد بـ 5-فلورويوراسيل (5-FU) ليس له آثار مفيدة أو حتى ضارة في هذه المجموعة". ويفترض الباحثون أن للخلايا الليمفاوية دورًا وقائيًا ضد سرطان القولون والمستقيم عالي عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI-H) يمنع انتشار الورم. ^{[ 16 ]}

تنتج أورام MSI في 15٪ من سرطان القولون والمستقيم المتفرق عن فرط مثيلة محفز جين MLH 1، بينما تنتج أورام MSI في متلازمة لينش عن طفرات جرثومية في MLH1 و MSH2 و MSH6 و PMS2 . ^{[ 3 ]}

ثبت أن عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI) يلعب دورًا في الإصابة بسرطان الغدد الدهنية. يُعد سرطان الغدد الدهنية نوعًا فرعيًا من متلازمة موير-توري ، وهي حالة مرضية أوسع نطاقًا. يتفاوت مستوى التعبير عن عدم استقرار الميكروساتلايت في متلازمة موير-توري، وغالبًا ما يظهر مصحوبًا بأمراض مشتركة لدى مرضى سرطان القولون. علاوة على ذلك، تلعب بروتينات إصلاح عدم تطابق الحمض النووي (MMR) MLH1 وMSH2 وMSH6 وPMS2 دورًا أساسيًا في سرطان الغدد الدهنية حول العين، والذي يُلاحظ على الجفن في 40% من حالات سرطان الغدد الدهنية. ^{[ 17 ]}

في مايو 2017، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على علاج مناعي يُسمى كيترودا ( بمبروليزوماب ) ( مثبط PD-1 ) للمرضى المصابين بأورام صلبة غير قابلة للاستئصال أو نقيلية ذات عدم استقرار ميكروساتلي مرتفع (MSI-H) أو نقص في إصلاح عدم تطابق الحمض النووي (dMMR) والتي تفاقمت بعد العلاج السابق. ولا يعتمد هذا الاستخدام على تقييم مستوى التعبير عن PD-L1 ، أو نوع النسيج، أو موقع الورم. ^{[ 18 ]}

تشخيص عدم استقرار الميكروساتلايت

MSI is a good marker for detecting Lynch syndrome and determining a prognosis for cancer treatments. In 1996, the National Cancer Institute (NCI) hosted an international workshop on Lynch Syndrome, which led to the development of the "Bethesda Guidelines" and loci for MSI testing. During this first workshop the NCI has agreed on five microsatellite markers necessary to determine MSI presence: two mononucleotides, BAT25 and BAT26, and three dinucleotide repeats, D2S123, D5S346, and D17S250. MSI-H tumors result from MSI of greater than 30% of unstable MSI loci (>2 or more of the 5 loci). MSI-L tumors result from less than 30% of unstable MSI biomarkers. MSI-L tumors are classified as tumors of alternative etiologies. Several studies demonstrate that MSI-H patients respond best to surgery alone, rather than chemotherapy and surgery, thus preventing patients from needlessly experiencing chemotherapy.^[3]

Six years later, during the second NCI hosted workshop to revisit Lynch Syndrome in 2002, the Bethesda Guidelines were revised (later published in 2004^[19]) which recommended new criteria for MSI testing. Specifically, they identified the five mononucleotide loci as being superior, over the mixture of mono and dinucleotide loci because the dinucleotide loci could appear shifted, when in fact they were not, thus increasing the possibility of a false positive MSI-H result.

The first commercially available kit was provided by Promega Corporation, Madison, Wisconsin called the Microsatellite Instability 1.2 Analysis System (RUO). Since then, the Promega MSI RUO has been widely adopted since 2004, with over 120 peer-reviewed publications citing its global standing as the gold standard in determining the MSI status of cancer tissue.

Recently, real-time PCR based MSI detection kits^[20] have been introduced in the market successfully. Single step closed-tube format, high accuracy and sensitivity of the real-time PCR based products without any additional analysis after the PCR amplification comparing to the traditional (PCR followed with fragment analysis) methods has been considered as critical advantages.

Artificial intelligence has also been used to predict MSI from the appearance of tumors under the microscope.^[14][21] Digital pathology can be submitted to machine learning techniques and predictions about MSI can be made without any molecular testing.^[14] These methods have not yet shown results that are sufficient to incorporate in clinical care.

تساهم آليات مباشرة وغير مباشرة في مقاومة العلاج الكيميائي. تشمل الآليات المباشرة المسارات التي تستقلب الدواء، بينما تشمل الآليات غير المباشرة المسارات التي تستجيب للعلاج الكيميائي. يلعب مسار إصلاح الحمض النووي NER دورًا هامًا في عكس تلف الخلايا الناجم عن عوامل العلاج الكيميائي مثل 5-فلورويوراسيل. ^{[ 22 ]}

في مايو 2017، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على علاج مناعي يُسمى كيترودا ( بمبروليزوماب ) ( مثبط PD-1 ) للمرضى المصابين بأورام صلبة غير قابلة للاستئصال أو نقيلية ذات عدم استقرار ميكروساتلي مرتفع (MSI-H) أو نقص في إصلاح عدم تطابق الحمض النووي (dMMR) والتي تفاقمت بعد العلاج السابق. ولا يعتمد هذا الاستخدام على تقييم مستوى التعبير عن PD-L1 ، أو نوع النسيج، أو موقع الورم. ^{[ 18 ]}

اكتشف الباحثون نوعاً آخر من عدم استقرار الميكروساتلايت، يُسمى التغيرات الميكروساتلايتية المرتفعة في تكرارات رباعية النوكليوتيدات المختارة (EMAST). إلا أن EMAST فريد من نوعه لكونه لا ينشأ عن عدم تطابق الحمض النووي، ويرتبط عادةً بطفرات جين TP53 . ^{[ 7 ]}

تُلاحظ ظاهرة EMAST في أنواع مختلفة من السرطانات، بما في ذلك سرطان الرئة، والرأس والعنق، والقولون والمستقيم، والجلد، والمسالك البولية، والأعضاء التناسلية. وتُعدّ الأعضاء الخارجية أكثر عرضةً لظهور هذه الظاهرة. ويعتقد بعض الباحثين أن EMAST قد تكون نتيجةً للطفرات الجينية. وتشير هوامش EMAST الإيجابية في هوامش سرطانية سليمة إلى انتكاس المرض لدى المرضى. ^{[ 27 ]}