Nowotwór jest wynikiem zmian w materiale genetycznym komórki (1, 2). Każda zmiana niesie ze sobą mniejsze lub większe prawdopodobieństwo zaburzenia w ścieżkach metabolicznych. Białkowe produkty uszkodzonych genów zmieniają przebiegi podstawowych procesów zachodzących w komórkach takich jak proliferacja, różnicowanie, zmiana właściwości adhezyjnych i umieranie komórek. Najczęściej zmiany te mają jednak ilościowy charakter. Oznacza to, że aby odróżnić fenotyp prawidłowy od nowotworowego należy stosować normy. Tak właśnie dzieje się z tzw. markerami nowotworowymi. Są to głównie białka lub ich fragmenty. Do ich wykrycia wykorzystuje się głównie przeciwciała poli- lub monoklonalne oraz reakcje enzymatyczne. Tego typu markery biologiczne stosowane są rutynowo w praktyce klinicznej, jednak rzadko kiedy stanowią podstawę decyzji diagnostycznych (3). W przeciwieństwie do markerów nowotworowych markery genowe mają charakter zero-jedynkowy. Oznacza to, że zawsze mamy do czynienia z sytuacją obecności lub braku zmiany. Problem leży w fakcie, że nie wszystkie zmiany w materiale genetycznym są równocenne. Jednak ich suma prowadzi do nabycia zdolności do nieograniczonego dzielenia się i utraty zdolności do umierania. Pytania o ilość zmian koniecznych do zmiany fenotypu, jak i o wagę poszczególnych zmian ciągle jeszcze pozostają bez odpowiedzi.

Markery genetyczne znajdują zastosowanie w badaniach predyspozycji rodzinnych do zapadania na choroby nowotworowe, w niewielkim stopniu w diagnozowaniu chorób nowotworowych, coraz częściej w prognozowaniu przebiegu choroby, a także jak wykazano ostatnio w podejmowaniu decyzji terapeutycznych (3).

Choroby nowotworowe nie są chorobami dziedzicznymi. Dziedziczy się jedynie pewne predyspozycje do zachorowania. Predyspozycje do zachorowań związane są dwoma kategoriami zmian w genomie: predyspozycjami silnymi i słabymi. Predyspozycje silne są wynikiem uszkodzeń w genach supresorowych i genach kodujących elementy systemu naprawy DNA. Mówimy o takich genach, że cechuje je duża penetracja. Przykładami takich genów są: BRCA1 i BRCA2 w przypadku raka piersi i/lub raka piersi i jajnika, MTS1 (inaczej p16 lub INK4) w przypadku czerniaka czy MSH2 i/lub MLH1 w raku jelita grubego bez polipowatości. Predyspozycje słabe związane ze zjawiskiem polimorfizmu genowego. Genom ludzki cechuje stosunkowo niewielka zmienność sięgająca w obszarze sekwencji kodujących 0,1%. Są jednak w genomie obszary, gdzie zmienność dochodzi nawet do kilkunastu procent. W genomie człowieka można wyróżnić dwie grupy genów, w których polimorfizm genetyczny może rzutować na osobniczą odporność/wrażliwość do zapadania na różne choroby, w tym również na choroby nowotworowe. Pierwsza to geny, których produkty związane są z procesami detoksykacyjnymi. Komórki są wyposażone w dwa różne systemy usuwające genotoksyczne związki chemiczne ze swojego środowiska – system oporności wielolekowej, zwany też systemem aktywnego transportu ABC (4) i system detoksykacyjny (5). W procesach detoksykacji bierze udział około 20-25% wszystkich genów komórki. Druga grupa, choć znacznie mniejsza, ale równie ważna to geny kodujące elementy systemów naprawczych. Jeżeli substancje kancerogenne pomimo wszystko spowodują powstanie zmian (mutacji) w genomowym DNA, to produkty tej klasy genów podejmują próby usunięcia tych zmian. Komórka ma siedem podstawowych systemów naprawczych i około 15 systemów ratunkowych (6).

Zarówno w przypadku genów detoksykacyjnych, jak i genów naprawy DNA każda nawet niewielka zmiana może być przyczyną zmiany wrażliwości na kancerogeny. Pojedyncza zmiana w genie może jedynie w niewielkim stopniu wpływać na wrażliwość na dany kancerogen, ale zmiany w wielu genach mogą się sumować. Oznacza to, że podatność na obecność substancji kancerogennych w wielkim stopniu związana jest z osobniczym tłem genetycznym.

Istnieje wiele testów genetycznych pozwalających na określenie indywidualnych predyspozycji do zachorowania na choroby nowotworowe. Testy te pozwalają na zbadanie stopnia uszkodzenia zarówno genów o dużej penetracji (przykładowo test na obecność mutacji w genie BRCA1 oceniający trzy podstawowe mutacje w populacji polskiej), jak i testów pozwalających na badanie konkretnych polimorfizmów w genach detoksykacyjnych i/lub genach naprawy DNA. W tej ostatniej grupie badane są obecnie testy oparte o techniki pozwalające na jednoczesne zbadanie polimorfizmów (tzw. SNP) w wielu różnych genach (7).

Analiza materiału genetycznego komórki umożliwia identyfikację zmian genetycznych (zmiany w materiale genetycznym nie zawsze oznaczają mutację) charakterystycznych dla komórki nowotworowej. Podstawowym problemem z jakim spotykamy się w przypadku komórki o fenotypie nowotworowym jest mnogość zmian w jej genomie. Nie znaczy to wcale, że pojedyncza zmiana nie może służyć jako molekularny marker nowotworowy. Ale trzeba sobie zdawać sprawę, że badana zmiana może występować na wczesnych etapach kancerogenezy. W większości typów komórek nowotworowych obserwuje się nawet do kilkunastu zmian. Dodatkowym utrudnieniem jest duża niestabilność genomu komórki nowotworowej, co w konsekwencji prowadzi do powstania wielu klonów komórek o fenotypie nowotworowym. W wyniku presji selekcyjnej guz nowotworowy jest zwykle oligoklonalnym rozrostem komórek nowotworowych. Każdy klon ma jednak swoją własną sygnaturę molekularną. Oznacza to, że guz nowotworowy w zależności od proporcji klonów może mieć zmienną sygnaturę molekularną. Jest to główna przyczyna, dla której prowadzone od kilku lat badania z wykorzystaniem techniki mikromacierzy DNA nie doprowadziły jak dotychczas do ustalenia diagnostycznej sygnatury danego nowotworu.

Badania mikromacierzowe mogą jednak posłużyć do wyselekcjonowania pewnej puli zmienionych genów, których status może być następnie badany niezależnie. Tego typu badania można prowadzić wieloma metodami. Do najpopularniejszych należą techniki PCR, PCR-RFLP, SSCP oraz sekwencjonowanie. Status tych genów może dostarczyć wielu informacji zarówno o przebiegu choroby, jak i wskazywać na wybór odpowiedniej terapii. Klasycznym przykładem jest tu rak jelita grubego. Mutacja w genie K-RAS oznacza bardziej agresywny przebieg choroby, a ich obecność determinuje wybór terapii (8). Równie istotnym markerem w raku jelita grubego jest uszkodzenie supresora DCC (ang. deleted in colon cancer) (9). Tego typu obserwacji w trakcie badań nad biologią komórki nagromadzono bardzo dużo.

Znalezienie związku między zmianami (mutacjami) w określonym genie, czy nawet w określonej pozycji danego genu, a jednostką chorobową oraz agresywnością przebiegu choroby zdarza się rzadko. Dotychczas udało się rozpoznać tylko kilka takich przypadków.

Większość dotychczasowych doświadczeń wskazuje, że podobne mutacje występują w torach mutacyjnych prowadzących do powstawania różnych typów nowotworów. Przykładem znowu mogą być mutacje we wspomnianym już genie K-RAS, które są charakterystyczne dla wielu chorób nowotworowych (1). Zmiany w tym genie obserwuje się w około 90% przypadków raka trzustki (niestety zmiany w tym genie obserwuje się także w stanach zapalnych trzustki), 40% przypadków raka jelita grubego i 30% raka płuca (jednak aż w 57% przypadków niedrobnokomórkowego raka płuca i tylko w 21% przypadków płaskonabłonkowego raka płuca). Podobne dane zgromadzono dla genu TP53 (10). Zmiany w tym genie obserwuje się w ponad 55% wszystkich nowotworów. Zmiany w genie RB są charakterystyczne dla 25% komórek nowotworowych.

Markery molekularne wykorzystywane są dziś dość powszechnie jako narzędzia prognostyczne. W ciągu wielu lat badań nagromadzono ogromną ilość informacji o związkach pomiędzy przebiegiem choroby a obecnością pewnych zmian w materiale genetycznym (11, 12).

Amplifikacja niektórych onkogenów to często obserwowane zjawisko w komórkach nowotworowych. Najczęściej wiąże się ono ze wzrostem agresywności nowotworu, a więc jest wskaźnikiem złej prognozy. Zmiany wywołane amplifikacją genu są możliwe do wykrycia metodami immunochemicznymi przy pomocy przeciwciał monoklonalnych albo molekularnymi z wykorzystaniem odpowiednich sond lub techniki PCR.

Przykładem związku pomiędzy amplifikacją genu a procesem nowotworowym jest rak piersi. Amplifikacje protoonkogenu erb-B2 obserwuje się w około 20% przypadków i jest ona wskaźnikiem złej prognozy (13). Podobną zależność obserwuje się w neuroblastoma, gdzie amplikacja genu N-MYC jest świadectwem agresywności choroby. W praktyce uważa się, że jeżeli liczba kopii genu N-myc przekracza 10, rokowanie dla pacjenta jest złe i należy stosować radykalne sposoby leczenia (11).