Liten orm gir mer effektiv cellegift

Noen pasienter blir motstandsdyktige mot cellegift. Forsøk med rundorm kan raskt og billig finne og begrense motstanden.

Publisert
I laboratoriet lever rundormen på plastskåler dekket med bakterier som de spiser. De trives best ved en temperatur på 20 grader. (Foto: Hilde Nilsen)
I laboratoriet lever rundormen på plastskåler dekket med bakterier som de spiser. De trives best ved en temperatur på 20 grader. (Foto: Hilde Nilsen)

Mange av de mest brukte cellegiftene angriper arvematerialet vårt og hindrer kreftcellene i å dele seg.

Dette fører til at kreftcellene dør og kreftsvulsten slutter å vokse og begynner etter hvert å skrumpe inn. Men det er ikke alltid cellegiften er så effektiv som vi ønsker.

Store datamengder

Med dagens avanserte teknologi kan man finne ut om det er forskjeller i arvematerialet - genomet - til pasienter som er motstandsdyktige mot en cellegift sammenlignet med de som får god behandlingseffekt.

På denne måten kan man finne mulige gener som forårsaker motstandsdyktigheten mot cellegiften. Slike studier av genomet vårt kalles genomikk og skaper svært store datamengder.

- Det er ofte vanskelig å finne fornuftige spor ut fra slike komplekse datasett. Modellorganismer kan derimot hjelpe oss med dette. I forskningsgruppen min bruker vi rundormen C. elegans, sier Hilde Nilsen, forsker på Bioteknologisenteret ved Universitetet i Oslo.

Selv om alle celler i kroppen vår har de samme genene, er de ulike genene mer eller mindre aktive i noen celler enn i andre.

Aktiviteten til genene, eller nivået av genuttrykk, varierer også fra person til person.

Genuttrykk endres også ved ulike sykdommer og som følge av cellegiftbehandling. I det komplekse datasettet som dannes ved undersøkelse av pasientenes genom er det genuttrykksnivået som beskrives.

Funksjonaliteten må testes

- Ut i fra en beskrivelse av hvilke gener som er uttrykt, og på hvilket nivå hver enkelt gen er uttrykt, kan vi derimot ikke konkludere noe om effekten av dette på cellens egenskaper, sier Nilsen.

- Vi må først teste ut funksjonen til de ulike kandidatgenene og hva endringer i genuttrykksnivå har å si for cellens egenskaper. Det er her rundormen kommer inn som et viktig redskap i forskningen, forklarer hun.

Rundormen (Caenorhabditis elegans) er det enkleste forsøksdyret som kan benyttes til å studere celledød og effekter av cellegift.

De voksne rundormene er bare 1 millimeter lange og forskerne må bruke mikroskop når de skal studere effekten av manipulasjonen de har gjort. (Foto: Francesco Saggio, UiO)
De voksne rundormene er bare 1 millimeter lange og forskerne må bruke mikroskop når de skal studere effekten av manipulasjonen de har gjort. (Foto: Francesco Saggio, UiO)

Selv om den ser veldig forskjellig ut fra oss har den omtrent like mange gener som mennesket, rundt 20 000. Halvparten av disse er like i de to artene.

Gjennom evolusjonen er det nemlig svært mange gener som er bevart i ulike arter og dette gjelder de fleste genene som er involvert i kreftutvikling og kreftbehandling.

- Når vi ser at et gen oppfører seg ulikt i pasienter som har effekt av cellegift sammenlignet med de som ikke har effekt, tester vi ut funksjonen til de ulike kandidatgenene i rundormen.

- Vi hemmer aktiviteten til de overaktive genene samtidig som vi utsetter rundormen for cellegiften pasientene har blitt motstandsdyktige mot, sier Nilsen.

Motstandsdyktigheten kan hemmes

Informasjonen som fremkommer fra disse genomiske studiene kan etterpå sammenlignes med studier av proteinene som de ulike genene uttrykker.

- Ved å sette sammen informasjon fra ulike kilder på denne måten, kan vi danne oss et mønster for hvordan de ulike genene bidrar til at cellene ikke angripes av cellegiften, sier Nilsen.

- Du kan tenke deg at vi oppdager knutepunkter eller omveier som cellene har brukt for å unnslippe effekten av cellegiften i stedet for den korteste veien hvor cellegiften er tenkt å fungere, forklarer Nilsen.

Hun publiserte nylig en studie i samarbeid med Bjørn Tore Gjertsens forskningsgruppe ved Universitetet i Bergen. Her definerte de viktige knutepunkter for motstandsdyktigheten til den eksperimentelle kreftmedisinen valproat som gis til pasienter med akutt myelogen leukemi.

- Ett av målene er å finne frem til gener som kan angripes ved hjelp av tilleggsmedisin slik at valproat får bedre effekt. Ved å angripe de sentrale knutepunktene i stedet for enkeltgener som er kontrollert av knutepunktene vil vi gi cellen færre muligheter til å unnslippe effekt, sier Nilsen.

Gjertsen og forskningsgruppen hans planlegger nå utprøvende behandling på pasienter basert på funnene i rundormen.

- Vi oppdaget også gener, deriblant utx-1, som må være aktivert for at valproat skal virke. Dette genet kan dermed brukes som en markør for om en pasient vil få optimal behandlingseffekt av valproat. Slike markører kaller vi for biomarkører og disse er svært viktige i såkalt personlig tilpasset behandling, påpeker Nilsen.

Modellsystemet hennes kan også brukes til å teste motstandsdyktighet til andre cellegifter som brukes ved andre kreftformer. I tillegg kan rundormen brukes til mange andre studier av gener.

Kort generasjonstid gir raskt resultater

Forsker Hilde Nilsen ved Bioteknologisenteret. (Foto: John Huges, UiO)
Forsker Hilde Nilsen ved Bioteknologisenteret. (Foto: John Huges, UiO)

En rundorms generasjonstid (tiden det tar før et avkom selv er befruktningsdyktig) er på bare 3,5 dager. De er i utgangspunktet hermafroditter og har selvbefruktning.

Denne typen befruktning gir 300 avkom, mens en seksuell befruktning gir flere tusen avkom.

- På grunn av den korte generasjonstiden til rundormen får vi raskt resultater som vi kan tolke og deretter planlegge nye forsøk. Og grunnet de mange avkommene har vi alltid nok dyr til å sette i gang nye forsøk, forklarer Nilsen.

Til sammenligning så har mus en generasjonstid på 12 uker. Hvis man ønsker å lage en modellmus med for eksempel en genfeil tilsvarende en krefttype hos mennesket, en såkalt mutant, så tar dette minimum 14 måneder.

For rundormen tar det bare 2,5 måneder. Skal man gjøre mer langvarige forsøk vil en mus kunne leve i tre år, mens rundormen bare lever i 3 uker. I tillegg er behovet for oppbevaring og mat svært forskjellige for de to forsøksdyrene.

- Det sier seg selv at det blir mye billigere å drive kreftforskning på rundormer i stedet for mus der det er mulig, sier Nilsen.

Ingen modellsystem er ideelle for alle typer studier. Rundormen er perfekt til å studere mekanismer ved celledeling og celledød, men også for å avdekke mekanismer for hvordan mange kreftmedisiner virker.

Men rundormer er langt fra mennesker og vil ikke kunne brukes til alle typer forskning. Derfor vil man alltid måtte bekrefte de positive funnene videre i mus og menneskeceller.

- Likevel tror jeg at mer bruk av ulike modellsystemer som er tilpasset de ulike spørsmålene man vil besvare kan føre kreftforskningen raskere fremover for mindre penger og hjelpe til å redusere bruken av mus, avslutter Nilsen.

Referanse:

Forthun m.fl.: Cross-species functional genomic analysis identifies resistance genes of the histone deacetylase inhibitor valproic acid, PLoS One. 2012;7(11). published 14 Nov 2012, doi: 10.1371/journal.pone.0048992.