DNA กลมสอนเนื้องอกให้เล่นซ่อนหา: ecDNA ทำให้เซลล์มะเร็งไม่ถูกทำลายได้อย่างไร

Cancer Discoveryแสดงให้เห็นว่าเหตุใดเนื้องอกบางชนิดจึงปรับตัวเข้ากับการรักษาได้อย่างรวดเร็ว เมื่อออนโคยีนสำคัญไม่ได้อยู่บนโครโมโซม แต่อยู่บนดีเอ็นเอนอกโครโมโซม (ecDNA - วงแหวนดีเอ็นเอขนาดเล็ก) จำนวนสำเนาของออนโคยีนในเซลล์จะ "เพิ่มขึ้น" อย่างต่อเนื่องเนื่องจากการกระจายตัวของวงแหวนเหล่านี้ที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างการแบ่งตัว ส่งผลให้ในเนื้องอกเดียวกัน เซลล์ที่มีออนโคยีน "ปริมาณ" สูงและต่ำมากจะอยู่ร่วมกัน และตอบสนองต่อการรักษาแตกต่างกัน ในแบบจำลองของนิวโรบลาสโตมา (มะเร็งในวัยเด็ก) ที่มีความเสี่ยงสูง ผู้เขียนแสดงให้เห็นว่า "ความหลากหลายของปริมาณ" นี้เองที่เร่งการวิวัฒนาการของเนื้องอกและทำลายประสิทธิภาพทางคลินิกของวิธีการรักษาแบบมาตรฐาน ยิ่งไปกว่านั้น เซลล์ที่มีวงแหวน ecDNA จำนวนน้อยจะเข้าสู่ภาวะชราภาพ ("จำศีล") และรอดชีวิตจากเคมีบำบัด จากนั้นจึงสามารถ "ตื่นขึ้น" ได้ นี่คือวิธีที่การกลับเป็นซ้ำเกิดขึ้น นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอกลยุทธ์สำหรับ "การกำจัด" เซลล์ที่หลับใหลเหล่านี้อย่างตรงเป้าหมาย

พื้นหลัง

ecDNA คืออะไรและทำไมจึงสำคัญ?
ดีเอ็นเอนอกโครโมโซม (ecDNA) คือวงแหวนดีเอ็นเอขนาดเล็กที่ไม่มีเซนโทรเมียร์ ซึ่งมักมีออนโคยีนและเอนฮานเซอร์ การปรากฏตัวของ ecDNA เกี่ยวข้องกับความก้าวหน้าของโรคที่รุนแรงและการพยากรณ์โรคที่แย่ลงในมะเร็งหลายชนิด แผงจีโนมขนาดใหญ่แสดงให้เห็นว่า ecDNA พบในผู้ป่วยประมาณหนึ่งในหก และสัมพันธ์กับอัตราการรอดชีวิตที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับการขยายพันธุ์แบบเส้นตรง (โครโมโซม)

คุณสมบัติหลัก: "ตัด" การถ่ายทอดทางพันธุกรรม
เนื่องจาก ecDNA ไม่มีเซนโทรเมียร์ จึงมีการกระจายตัวไม่สม่ำเสมอระหว่างเซลล์ลูกในช่วงไมโทซิส ส่งผลให้จำนวนสำเนาออนโคยีน (ปริมาณ) ของเนื้องอกหนึ่งชนิดเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในเนื้องอกเดียว ซึ่งเป็นพื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับการปรับตัวให้เข้ากับการรักษาอย่างรวดเร็ว ภาพแสดงสดยังแสดงให้เห็นการรวมกลุ่มกันในสิ่งที่เรียกว่า ecDNA hub ซึ่งเป็นที่ที่การถอดรหัสของออนโคยีน "cargo" รวมตัวกัน

กลเม็ดทางการควบคุมของ ecDNA
วงแหวนไม่เพียงแต่ดึงยีนเท่านั้น แต่ยังสร้างภูมิทัศน์การควบคุมใหม่ (enhancer-hacking, hubs) ซึ่งเพิ่มการแสดงออกของออนโคยีนและส่งเสริมฟีโนไทป์ ลักษณะเหล่านี้ทำให้การขยายพันธุ์ของ ecDNA แตกต่างจากสำเนาโครโมโซมแบบคลาสสิก และอธิบายความเชื่อมโยงกับความรุนแรงของเนื้องอกได้บางส่วน

นิวโรบลาสโตมาและ MYCN บน ecDNA
ในนิวโรบลาสโตมา การเพิ่มจำนวนของ MYCN ถือเป็นปัจจัยเสี่ยงสำคัญ โดยมักพบ MYCN เพิ่มเติมบน ecDNA งานวิจัยและบทคัดย่อทางคลินิกล่าสุดชี้ให้เห็นว่า ecDNA-MYCN ก่อให้เกิดความเสี่ยงเฉพาะ (เช่น การพึ่งพาวิถีตอบสนองต่อความเสียหายของดีเอ็นเอ หรือ CHK1) และเอื้อต่อการ “เปลี่ยน” สถานะของเซลล์อย่างรวดเร็วภายใต้แรงกดดันจากการรักษา

เหตุใด ecDNA จึงรบกวนการรักษา
เนื่องจากความแปรปรวนระหว่างเซลล์อย่างรวดเร็วของปริมาณออนโคยีน (บางครั้งมากเกินไป บางครั้งน้อยเกินไป) ประชากรเนื้องอกจึงมักจะมีเซลล์ย่อยที่รอดชีวิตจากฤทธิ์ของยาและ "แทนที่" องค์ประกอบของเนื้องอก ผลงานทบทวนและการทดลองตั้งแต่ปี พ.ศ. 2565-2568 อธิบายว่า ecDNA ช่วยเร่งวิวัฒนาการ เพิ่มความหลากหลาย และต้านทานต่อการรักษาได้อย่างไร

เบาะแสเชิงกลไกใหม่ (บริบทของบทความ)
การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้เผยให้เห็นองค์ประกอบเพิ่มเติมของภาพ: ecDNA มีการจำลองแบบที่ไม่เป็นระเบียบและมีความเสี่ยงต่อความขัดแย้งระหว่างการถอดรหัส/การจำลองแบบ มีการสังเกตกลไกของ "การยึดโยง" และการรวมกลุ่มในไมโทซิส ซึ่งช่วยให้วงแหวนหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นแนวคิดในการบำบัด ตั้งแต่การเพิ่มความขัดแย้งระหว่างการถอดรหัสและการจำลองแบบ ไปจนถึงการกำหนดเป้าหมายจุดตรวจสอบ (เช่น CHK1)

ผลในทางปฏิบัติ
ในคลินิก มีการหารือกันมากขึ้นถึงสองแนวทาง ได้แก่ (1) ไบโอมาร์กเกอร์ ecDNA สำหรับการแบ่งกลุ่มความเสี่ยงและการติดตามในระยะเริ่มต้น (2) การรวมกันที่ไม่เพียงแต่กระทบกับซับโคลนที่เติบโตอย่างรวดเร็วที่มีออนโคยีนในปริมาณสูงเท่านั้น แต่ยังรวมถึง "แหล่งกักเก็บการอยู่รอด" ด้วย ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีจำนวนสำเนาต่ำที่เข้าสู่ช่วงพักตัว/ชราภาพ และสามารถกระตุ้นให้เกิดการกำเริบของโรคได้

บริบทนี้จะอธิบายว่าเหตุใดงานใหม่ในCancer Discoveryจึงมุ่งเน้นไปที่ความหลากหลายของปริมาณออนโคยีนที่เกี่ยวข้องกับ ecDNA และหน้าต่างการบำบัดแบบผสมผสานในเนื้องอกที่ตรวจพบ MYCN ในเชิงบวกโดยเฉพาะ

พวกเขาทำอะไรกัน?

• เราได้รวมแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของ "ความเหมาะสม" ของเซลล์เนื้องอกที่ขึ้นอยู่กับจำนวนสำเนาของออนโคยีน เข้ากับการวัด ecDNA และฟีโนไทป์ของเซลล์เดี่ยว เราได้ศึกษาเกี่ยวกับสายเซลล์ การปลูกถ่ายเซลล์แห้งในหนูของผู้ป่วย และตัวอย่างนิวโรบลาสโตมาปฐมภูมิที่ออนโคยีน MYCN ถูกขยายบน ecDNA
• เราติดตามดูว่าการกระจายตัวแบบไม่สมมาตรของ ecDNA ในระหว่างไมโทซิสสร้างความหลากหลายของจำนวนสำเนาระหว่างเซลล์ได้อย่างไร และสิ่งนี้เปลี่ยนแปลงชะตากรรมของเซลล์ได้อย่างไร (ความไวต่อการบำบัดเทียบกับ "การจำศีล")

ผลลัพธ์หลัก

• ecDNA → "ปริมาณออนโคยีนบนวงล้อ" ควบคุมฟีโนไทป์ ยิ่งมีสำเนาของ MYCN บน ecDNA มากเท่าไหร่ การเจริญเติบโตก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น แต่ความไวต่อเคมีบำบัดในระยะสั้นก็จะสูงขึ้นเท่านั้น เซลล์ที่มีวงแหวนน้อยกว่าจะเข้าสู่ภาวะชราภาพ (ยังคงทำงานอยู่ในระบบเผาผลาญแต่ไม่แบ่งตัว) อยู่รอดหลังจากการรักษา และสามารถกลับมาทำงานอีกครั้งในภายหลัง
• ความแตกต่างของ "ปริมาณ" ก่อมะเร็งดังกล่าวเป็นคุณสมบัติของ ecDNA ไม่ใช่การขยายโครโมโซมแบบคลาสสิก วงแหวนเหล่านี้ไม่ได้เป็นไปตามการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของเมนเดล แต่จะแบ่งตัว "ตามความจำเป็น" ทำให้องค์ประกอบของโคลนเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้ทำให้เนื้องอกมีข้อได้เปรียบทางวิวัฒนาการภายใต้แรงกดดันของการรักษา
• ทีมวิจัยได้สรุปช่องโหว่ทางการรักษาไว้ โดยมุ่งเป้าไปที่เซลล์ชราภาพที่มีจำนวน ecDNA ต่ำ ควบคู่ไปกับการรักษามาตรฐาน เพื่อปิดโอกาสการกลับเป็นซ้ำ (แนวทางนี้อธิบายว่าเป็นการพิสูจน์แนวคิด จำเป็นต้องมีการทดสอบก่อนการทดลองทางคลินิกเพิ่มเติม)

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ?

• ecDNA เป็นเครื่องหมายบ่งชี้ของเนื้องอก "ร้าย" ecDNA ถูกตรวจพบในเนื้องอกประมาณ 17% ของผู้ป่วย ซึ่งสัมพันธ์กับการดื้อยาและการพยากรณ์โรคที่ไม่ดี งานวิจัยใหม่แสดงให้เห็นกลไกที่ ecDNA ทำลายประสิทธิภาพของการรักษา ผ่านการเปลี่ยนแปลงของปริมาณออนโคยีนและการเกิดขึ้นของเซลล์ "ซอมบี้" ที่ซ่อนตัวอยู่ สิ่งนี้อธิบายการกลับเป็นซ้ำในระยะหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเนื้องอกนิวโรบลาสโตมา
• ระบุจุดอ่อนได้อย่างแม่นยำ เนื่องจาก ecDNA สร้างสถานะเซลล์พิเศษ จึงสามารถกำหนดเป้าหมายได้ แนวทาง “ต่อต้าน ecDNA” กำลังพัฒนาอยู่ (เช่น การใช้ประโยชน์จากจุดอ่อนในการตอบสนองต่อความเสียหายของ DNA, CHK1 เป็นต้น) และงานวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นถึงสถานการณ์อีกแบบหนึ่ง นั่นคือ ผลกระทบต่อแหล่งกักเก็บเซลล์ที่เสื่อมสภาพหลังจากการบำบัดหลัก

สิ่งนี้เข้ากับสาขา ecDNA ได้อย่างไร?

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ecDNA ได้เปลี่ยนจาก “ความอยากรู้อยากเห็นทางไซโตเจเนติกส์” มาเป็นหัวข้อหลักในวิทยามะเร็งวิทยา พบว่าองค์ประกอบวงแหวนมีออนโคยีน เอนฮานเซอร์ และยีนควบคุมภูมิคุ้มกัน เพิ่มการแสดงออกของ “คาร์โก” และเร่งความต่างทางพันธุกรรมภายในเนื้องอก งานวิจัยของ Montuori และคณะ ได้เพิ่มความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างจำนวนสำเนา ecDNA → ฟีโนไทป์ → การตอบสนองต่อการรักษา และระบุเป้าหมายเฉพาะสำหรับป้องกันการกำเริบของโรค

ข้อจำกัด

นี่คืองานวิจัยก่อนการทดลองทางคลินิก (เซลล์ โมเดลซีโน และการวิเคราะห์ตัวอย่าง) กลยุทธ์ที่เสนอเพื่อ "กำจัด" เซลล์ชราภาพนั้น จำเป็นต้องมีการคัดเลือกยา ขนาดยา และระยะเวลา รวมถึงการทดสอบความปลอดภัยแยกต่างหาก การสรุปผลไปยังเนื้องอกที่ไม่มีการขยายพันธุ์ด้วย ecDNA ยังคงเป็นที่น่าสงสัย

ต่อไปจะเป็นยังไง?

• เพื่อระบุชุดยาผสมที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดแหล่งสะสมของความชราหลังการบำบัดแนวแรก
• พัฒนาไบโอมาร์กเกอร์ ecDNA (รวมทั้งชนิดของเหลว) เพื่อตรวจจับผู้ป่วยที่มีความเสี่ยงต่อการกลับเป็นซ้ำในระยะเริ่มต้น และติดตามการเปลี่ยนแปลงของจำนวนสำเนาของออนโคยีนในระหว่างการรักษา
• เพื่อทดสอบแนวทางในการต่อต้านเนื้องอกที่ตรวจพบ ecDNA ในเชิงบวกในแบบจำลองก่อนทางคลินิกที่ขยายเพิ่มและการศึกษาทางคลินิกในระยะเริ่มต้น

ที่มา: Montuori G. และคณะCancer Discovery (ออนไลน์ 7 สิงหาคม 2568); เอกสารเผยแพร่ของ MDC Berlin และ EurekAlert; บทความวิจารณ์เกี่ยวกับบทบาทของ ecDNA ในการดื้อยาและการพยากรณ์โรคhttps://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-24-1738