NRAS

ژن NRAS و اهمیت آن در بروز بیماری ها

ژن NRAS متعلق به دسته ای از ژن ها است که به عنوان انکوژن شناخته شده و دارالی موقعیت کروموزومی 1p13.1 می باشد. انکوژن ها به دسته از ژن ها اطلاق می گردند که در صورت بروز جهش در آنها این پتانسیل را دارند که سلول های طبیعی را سرطانی کنند. ژن NRAS از خانواده انکوژن های Ras است که شامل دو ژن دیگر از جمله HRAS و KRAS می باشد و پروتئین های تولید شده از این سه ژن GTPases هستند. این پروتئین ها نقش مهمی در تقسیم سلولی، تمایز سلولی و خود تخریبی سلول ها (آپوپتوز) ایفا می کنند. در اغلب جهش های آنکوژن NRAS آمینواسید ها با موقعیت Q12، G13 و Q61 تحت تاثیر قرار می گیرند.

آنکوژن N-ras کد کننده یک پروتئین غشایی است که بین دستگاه گلژی و غشای پلاسمایی جابجا می شود. این جا به جایی یا shuttling از طریق پالمیتویلاسیون (palmitoylation) و دپالمیتویلاسیون (depalmitoylation) از طریق کمپلکسZDHHC9-GOLGA7 تنظیم می گردد. پروتئین کدگذاری شده، که دارای فعالیت GTPase است، توسط یک عامل تبادل نوکلئوتید گوانین فعال و توسط یک پروتئین فعال کننده GTPase غیرفعال می شود. جهش در این ژن با سرطان رکتوم سوماتیک (somatic rectal cancer)، سرطان تیروئید فولیکولی (follicular thyroid cancer)، سندرم لنفوپرولیفراتیو خودایمنی (autoimmune lymphoproliferative syndrome)، سندرم نونان (Noonan syndrome) و لوسمی میلومونوسیتی نوجوانان (juvenile myelomonocytic leukemia) مرتبط است.

نام های دیگر ژن NRAS

GTPase NRas
GTPase NRas precursor
N-ras
N-ras protein part 4
neuroblastoma RAS viral (v-ras) oncogene homolog
neuroblastoma RAS viral oncogene homolog
NRAS1
NS6
RASN_HUMAN
transforming protein N-Ras
v-ras neuroblastoma RAS viral oncogene homolog

بیماری ملانوم پوستی و جهش در ژن NRAS

ملانوم پوستی یا Cutaneous melanoma نوعی بدخیمی تهاجمی (سرطان پوست) با شیوع روبه رشد است که حدود 290000 مورد (6/1 ٪) از تمام سرطان های تازه تشخیص داده شده در سراسر جهان و بیش از 60000 مرگ و میر در سال 2018 را شامل می شود. فاکتور های خطر اگزوژن (Exogenous) و درون زا (endogenous) از عواملی هستند که منجر به ایجاد بدخیمی ملانوسیت ها که سلول های مشتق شده از تاج عصبی و تولید کننده ملانین اند، می گردند. قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش (UV) و سابقه آفتاب سوختگی از عوامل اصلی سرطان زا هستند که عامل شروع ملانوم و سایر سرطان های پوست بوده و باعث ایجاد بیشترین بار جهشی تومور (tumor mutational burden) یا به اختصار TMB در سلول های سوماتیک می شوند. علاوه بر این، افزایش سن از دیگر فاکتورهای خطر است که منجر به تجمع بار جهش تومور به دلیل قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، کاهش دقت مکانیسم های ترمیم DNA و اصلاحات تقسیم سلولی می گردد.

نتایج مطالعات مختلف نشان می دهند که بروز جهش های مختلف germline در برخی ژن ها از جمله CDKN2A، CDK4، MITF، TERT، MC1R و IDH1 با افزایش خطر ملانوم پوستی خانوادگی (familial cutaneous melanoma) مرتبط می باشد. متداول ترین در این نوع سرطان پوست، در ژن CDKN2A مشاهده می شود و جهش‌ های بیماری ‌زا در این ژن سرکوب‌کننده تومور که کد کننده p14ARF و p16INK4A است در حدود 20 تا 40 درصد از خانواده‌ های مستعد ملانوم یافت می گردد. به طور کلی، سرطان ملانوم پوستی بر اساس نوع جهش ها به 4 گروه مختلف طبقه بندی می شود که عبارتند از:

جهش یافته های BRAF یا BRAFmut (B-Raf proto-oncogene serine/threonine kinase mutant)
جهش یافته های NRAS یا NRASmut (NRAS proto-oncogene GTPase mutant)
جهش یافته های NF1 (neurofibromin 1 mutant)
جهش در سایر ژن های مرتبط

جهش‌ های ژنتیکی در ایزوفرم‌ های RAS که شامل NRAS، KRAS و HRASمی باشد که از شایع ‌ترین تغییرات آنکوژنی بوده و در حدود 16 تا 25 درصد از همه سرطان ‌ها شناسایی شده ‌اند. در ملانوما، جهش ‌های KRAS و HRAS به ندرت در تقریباً 5٪ بیماران شناسایی می ‌شوند، در حالی که جهش ‌های NRAS در 25٪ موارد یافت شده و NRAS دومین نوع جهش شایع بعد از BRAF است که 40-45٪ از همه موارد را تحت تأثیر قرار می ‌دهد. در ادامه به معرفی ژن NRAS و مسیر سیگنالینگ آن پرداخته خواهد شد.

مسیر سیگنالینگ NRAS

پروتئین های RAS، GTPase های کوچک درون سلولی هستند که در سلول ‌های طبیعی انسان، هر دو حالت فعال (متصل به GTP ) و غیرفعال (متصل به (GDP وجود دارد. انتقال بین حالت فعال و غیرفعال توسط پروتئین های فعال کننده GTPase (GAPs) انجام می شود. هنگام بررسی انواع جهش در NRAS در بیماران ملانوما، تقریباً 80 تا 90 درصد در جایگاه Q61 و سایر موارد در جایگاه G12 یا G13 رخ می دهند. جهش های NRAS انکوژنیک Q61 با تداخل در هماهنگی مولکول آب کاتالیزوری که برای حمله نوکلئوفیل به فسفات گاما GTP لازم است، واکنش هیدرولیز GTP را مختل می کند.

این امر جهت گیری مناسب باقی مانده (residue) کاتالیزوری Q61 در NRAS را مختل کرده و منجر به تضعیف شدید هیدرولیز GTP می گردد. بنابراین، نتیجه این جایگزینی ها، تداوم حالت متصل به GTP NRAS است که با ترویج رشد، بقا و تهاجم سلولی منجر به تحریک ملانوما می شود. ملکول های پائین دست NRAS شامل PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase)، Ral GEF (RAS-like protein GEFs)و RAF می باشد که هر یک مسیر سیگنالینگ مجزایی را فعال می کنند. در ادامه به معرفی این مسیرهای سیگنالینگ پرداخته می شود.

مسیر سیگنالینگ RAF-MEK

مسیر RAF-MEK-ERK1/2 یکی از مسیر های سیگنالینگ NRAS است که پس از فعال‌ سازی NRAS، سرین/ترئونین کیناز RAF توسط RAS به غشای سلولی جذب شده و منجر به فعال‌ شدن RAF می گردد. RAF دارای سه ایزوفرم می باشد که شاملز ARAF، BRAF و CRAF است. جهش ‌های فعال کننده در BRAF تقریباً در 50 درصد از بیماران مبتلا به ملانوما یافت می‌ شوند. سپس کینازهای RAF، سرین/ترئونین کینازهای MEK1 و MEK2 را از طریق فسفوریلاسیون آمینواسید های S218 و S222 فعال می‌ کنند. در گام بعدی، پروتئین های MEK1 و MEK2 منجر به فعال شدن ERK1 و ERK2 خواهند شد. در محموع این مسیر سیگنالینگ بر عملکرد های مختلف سلولی از جمله تنظیم تکثیر سلولی، بقا، میتوز و مهاجرت تأثیر می گذارد.

مسیر سیگنالینگ PI3K-AKT

پروتئین PI3K از یک زیرواحد تنظیمی p85 و یک زیر واحد کاتالیتیک p110 با ایزوفرم های α، β، γ و δ تشکیل شده است. پروتئین RAS به p110 متصل شده و آن را فعال می کند که در نهایت منجر به فعال شدن PIP2 و PIP3 خواهد شد. جهش‌های نقطه‌ای در PIK3CA که زیرواحد کاتالیزوری p110α را کد می ‌کند، در حدود 2 تا 6 درصد از ملانوم ‌ها شناسایی شده است.PIP3 سیگنال خود را از طریق اتصال به دومین همولوژی پلکسترین (plextrin homology domain) یا به اختصار PH در پروتئین ‌های هدف آغاز می ‌کند، که باعث جا به جایی آن پروتئین در غشاء و یا تغییرات ساختاری می ‌شود. در مرحله بعد PIP3 به دومین PH در پروتئین AKT متصل شده و باعث ایجاد تغییراتی در کانفورماسیون آن می گردد. این امر پروتئین mTORC2 را قادر می سازد که مستقیما AKT را فسفریله کرده و از سوی دیگر، باعث افزایش فسفئریلاسیون AKT توسط PDK1 خواهد شد. به طور کلی، خانواده پروتئین کیناز های AKT در رشد سلولی، تکثیر، بقا و ایمنی نقش دارند.

مسیر سیگنالینگ RALGEF-RALA/B

از دیگر مسیرهایی که توسط NRAS فعال می شوند، مسیر RALGEF-RALA/B می باشد. اعضای خانواده Ral GEF دارای دو ایزوفرم مهم RALA و RALB با فعالیت GTPase هستند که توسط NRAS فعال می گردند.

مسیر سیگنالیگ NRAS در سلول های سرطانی

عملکرد نادرست NRAS در تومورهای انسانی عمدتاً ناشی از بروز جهش های آنکوژنیک در کدون‌ های 12، 13 یا 61 می باشد. در حالی که تغییرات آنکوژنیک در کدون های 12 یا 13 مکانیسم های هیدرولیز GTP را مختل می کنند. به عنوان مثال، نتایج تحقیقات مختلف نشان داده است که جایگزینی Q61R در کدون 61 (NRASQ61R) دارای کارایی ذاتی بالاتری در شروع تومور در ملانوسیت ها نسبت به G12D در کدون 12 (NRASG12D) می باشد. برخلاف ملانوسیت ‌های طبیعی، فعال ‌سازی مسیر MAPK در ملانوم با جهش NRASmut از طریق فعال ‌سازی CRAF به جای BRAF حاصل می ‌شود.

متداول‌ ترین جهش ‌های مشاهده شده کدون 61 NRAS تغییرات Q61R (CAA/CGA) و Q61K (CAA/AAA) هستند که به ترتیب منجر به جایگزینی از گلوتامین به آرژنین یا لیزین می ‌شوند. در مقابل، جهش‌ های فعال در ژن‌ های KRAS و HRAS در فرکانس ‌های بسیار پایین نیز گزارش شده اند و جهش های KRAS در چندین مورد با جهش NRAS همراه بود. بنابراین، جهش در هر دو ژن KRAS و HRAS دارای اثر انکوژنیک نسبتاً ضعیفی در ملانوم است. نتایج جدید ترین مطالعات نشان می دهند که جهش در ژن NRAS در کدون 18 در برخی از زیرگروه های ملانوم مشاهده می شود که به نظر می رسد تومورهای حامل این جهش فاقد ظرفیت متاستاز هستند.

بیماری های مرتبط با جهش ژن NRAS

وجود جهش در ژن NRAS مرتبط با بیماری های ژنتیکی مختلفی است که در ادامه به معرفی آنها پرداخته می شود.

سندرم نونان (Noonan syndrome)

سندرم نونان از جمله بیماری های ژنتیکی با الگوی توارث اتوزوم مغلوب است که افراد مبتلا دارای علائمی از جمله کوتاهی قد، بیماری های قلبی، ناهنجاری های اسکلتی و مشکلات مرتبط با خونریزی را بروز می دهند. حدود 50% از موارد ابتلا به سندرم به دلیل بروز جهش در ژن PTPN11 ایجاد می شود. علاوه براین، بروز جهش در ژن های مختلفی مانند SOS1، RAF1 و RIT1 از دیگر علل بروز این بیماری هستند. ژن ‌های PTPN1 ، SOS1، RAF1 و RIT1 همگی کدکننده پروتئین های مهم در مسیر سیگنال‌ دهی سلولی RAS/MAPK مهم هستند که برای تقسیم و رشد سلولی از اهمیت بالایی برخوردارند. اغلب جهش هایی که در این بیماری شناسایی شده اند، سبب بیان بیش از حد ژن ها و فعال شدن طولانی مدت مسیر سیگنالینگ RAS/MAPK خواهند شد.

سندرم لنفوپرولیفراتیو خودایمنی (autoimmune lymphoproliferative syndrome)

سندرم لنفوپرولیفراتیو خودایمنی یا به اختصار ALPS، از جمله بیماری های ژنتیکی است که در آن بدن نمی تواند تولید میزان سلول های سیستم ایمنی (لنفوسیت ها) را به درستی کنترل نماید. در این دسته از بیماران تجمع لنفوسیت ها عامل بزرگ شدن کبد (hepatomegaly)، غدد لنفاوی (lymphadenopathy) و طحال (splenomegaly) می باشد. نتایج مطالعات مختلف نشان می دهند که علائم ALPS و همچنین استعداد ابتلا به بدخیمی ‌های هماتولوژیک می ‌تواند توسط یک جهش هتروزیگوت فعال کننده Gly13Asp در آنکوژن NRAS ایجاد شود که آپوپتوز با واسطه CD95 را مختل نمی‌کند.

افزایش مقدار NRAS فعال و متصل به GTP سیگنال‌دهی RAF/MEK/ERK را بالا برده این امر به‌ طور قابل‌ توجهی سطح پروتئین پروآپوپتوز BIM را کاسته و در نتیجه آپوپتوز میتوکندری با واسطه غیر گیرنده (nonreceptor-mediated mitochondrial apoptosis) کاهش می یابد. بنابراین، جهش ‌های فعال‌کننده ژرمینال در NRAS با ایجاد ناهنجاری‌ های ایمنی انتخابی بدون نقص رشد عمومی با سایر انکوپروتئین‌های P21 Ras متفاوت است. نتایج تحقیقات بر روی اثرات فعال ‌سازی NRAS نشان می‌ دهد که داروهای غیر فعال‌ کننده RAS، مانند مهارکننده‌های فارنسیل ترانسفراز، باید در اختلالات هموستازی خودایمنی و لنفوسیتی انسان مورد بررسی قرار گیرند.

لوسمی میلومونوسیتی نوجوانان (juvenile myelomonocytic leukemia)

لوسمی میلومونوسیتی نوجوانان (JMML) یک اختلال خونساز کلونال منحصر به فرد در دوران کودکی است که با بیش فعال شدن مسیر انتقال سیگنال RAS مشخص می شود. تقریباً 90 درصد بیماران دارای تغییرات مولکولی در یکی از 5 ژن PTPN11، NRAS، KRAS، NF1 و CBL هستند که زیرگروه‌های ژنتیکی و بالینی متمایز JMML را تعریف می ‌کنند. بروز جهش در مسیر یگنالینگ RAS یک تغییر driver در JMML محسوب می شود.