Bragt i BØRN & cancer no. 8, 2004
Af Lars P. Ryder Cand.scient seniorimmunolog

Diagnosen leukæmi stilles ved at undersøge knoglemarven for abnorme celler og en række forskellige analyser fortæller hvilken undergruppe leukæmi, der er tale om, og dermed det bedste valg af behandling. Der indhentes data om kromosom-abnormiteter, om immunfænotype, om genrearrangementer samt om eventuel modstandsdygtighed overfor kemoterapi. Selv med disse mangeartede oplysninger er mulighederne for at træffe det rigtige behandlingsvalg ikke altid tilstrækkelige. Nærværende projekt går ud på at undersøge om genekspressionsprofilen kan forbedre grundlaget for disse beslutninger.

Projektet er et samarbejde mellem de behandlende børneafdelinger i Danmark: Skejby, Ålborg, Odense og Rigshospitalet, bioinformatik-gruppen på Danmarks Tekniske Universitet samt Vævstypelaboratoriet på Rigshospitalet.

Forklaringen skal findes i ændringer i arvemassen

Forståelsen af, hvad der går galt i blodcellerne ved leukæmi, er langt fra fuldstændig. Der er dog ikke tvivl om, at vi skal søge forklaringen i nyopståede ændringer i arvemassens DNA. Forandringerne gør, at hvad der startede som en enkelt vildfaren, syg celle udvikler sig ukontrolleret og forstyrrer mulighederne for de normale cellers udvikling. I de fleste tilfælde kræves der ændring flere steder i DNA’et, før cellerne kommer ud af kontrol. Dette kan dels resultere i, at cellerne deler sig ukontrolleret hurtigt, men der kan også ske det, at de ikke respekterer normale stopsignaler.

Vi ved fra cellebiologien, at generne (DNA) virker ved, at de ‘omskrives’ til RNA (messenger RNA, mRNA), som igen ‘oversættes’ til protein. Proteinstoffer udgør en stor del af organismens bygningsmateriale og har mange andre roller som for eksempel transportstoffer, enzymer og hormoner. Genernes aktivitet kontrolleres normalt meget nøje. I mange celler er de fleste gener lukket ned på forskellig vis. Som regel er et højt niveau af mRNA fra et gen et udtryk for stor aktivitet af genet medens gener, som er inaktive, ikke får dannet tilsvarende mRNA.

Ændringer i arvemassen: genmutationer og kromosomforandringer vil have adskillige afledte virkninger på, hvilke gener som er aktive og hvilke som er dæmpet. Indenfor de sidste par år er det ved internationalt samarbejde lykkedes at bestemme hvor mange gener mennesket har og hvordan de er opbygget. Der er ca. 30.000 gener i menneskets arvemasse fordelt på 46 kromosomer. Den moderne chip-teknologi kombineret med molekylærbiologi og laser-teknologi har indenfor de sidste få år gjort det muligt på en gang at undersøge, hvilke af generne i et cellepræparat som er særligt aktive og hvilke, der er slukkede.

Den enkelte undersøgelse resulterer i ca. 30.000 målinger af de individuelle geners aktivitet. I mange tumorer vil der være tale om et blandet billede med mange normale celler blandt tumorcellerne. Ved leukæmi står man ofte i en mere gunstig situation. da leukæmicellerne typisk udgør 80-90 %.

På jagt efter profiler

Mønsteret af aktive og inaktive gener kan sammenlignes med et fingeraftryk, en profil, der karakteriserer de undersøgte celler. En særlig disciplin, bioinformatik, er specialiseret til at finde system i dette virvar af 30.000 data fra hver undersøgt patient. Med bioinformatikkens redskaber leder vi efter profiler, som grupperer patienterne og forudsiger deres sygdomsforløb under behandlingen mere præcist, end rutinemetoderne, der anvendes i dag.

Teknisk er metoderne fascinerende men komplicerede. De bygger på et af biologiens grundprincipper: generne udgøres af den dobbeltstrengede DNA-spiral, og generne udtrykkes via det beslægtede RNA. Den enkelte DNA-streng er opbygget af 4 byggestene, deoxy-nukleotiderne G, C, A og T, hvor rækkefølgen afgør funktionen af genet. For det enkelte gen er kun den ene DNA-streng ‘kodende’ og den ikke-kodende streng af spiralen er en slags spejlbillede af den første streng. De to strenge holdes sammen af kemiske kræfter, som er afhængige af, at den ene streng spejler den anden. Når der laves RNA svarende til et gen, får det en rækkefølge af RNA-byggestenene, der svarer til en spejling af den kodende streng.

Indenfor de seneste år er kemikerne blevet dygtige til syntetisk at fremstille små DNA stykker, deoxy-oligonukleotider, med den rækkefølge, man måtte ønske. Hvis sådan et oligonukleotid spejler et stykke RNA (eller DNA) vil der være stærke bindings-kræfter mellem det syntetisk fremstillede stykke og det tilsvarende RNA (eller DNA).

Teknikker og metoder

Der er forskellige teknikker til at udnytte disse fænomener, og vi har valgt at benytte en metode, hvor fabrikanten har anbragt oligonukleotider repræsenterende de ca. 30.000 gener på en særlig glasoverflade (svarende til en computer-chip) i et mønster, et array, hvor koordinaterne fortæller hvilket gen, der er tale om. Alt sammen inden for et areal på ca. I2x 12 mm.

Undersøgelsen består da i at oprense RNA fra cellerne og bade chip-overfladen med RNA-opløsningen. For at kunne måle, hvor RNA binder sig, skal RNA’et forinden mærkes med noget fluorescerende stof, og efter at overskydende RNA er vasket bort, aflæses chip’ens fluorescensmønster i et laser-scanning mikroskop, der kvantitativt kan måle, hvor meget det enkelte punkt i arrayet lyser op. Data gemmes på computer og efterfølgende kan der foretages forskellige kvalitetskontroller og bioinformatik-beregninger.

Bioinformatikken kan benytte data på flere måder. For eksempel kan vi lede efter mønstre som karakteriserer leukæmi sammen lignet med data fra patienter med lignende symptomer, som viste sig ikke at have leukæmi men fejlede noget andet.

Vi kan lede efter mønstre som karakteriserer de af patienterne, som efter kontrolundersøgelse på dag 29 stadig havde restsygdom og dem som senere fik tilbagefald, vi kan undersøge hvilke mønstre kromosomforandring giver anledning til. Der er indenfor de sidste måneder publiceret udenlandske arbejder, der netop fremhæver genekspressionsanalysen som det mest effektive redskab subtypeinddeling og prognosevurdering akut leukæmi hos børn.