بیومارکر چیست؟

تعریف: از سال 2001, طی یک توافق عمومی در NIH(National Institutes of Health) واژه ی بیومارکر به یک نشانگر از فرایندهای بیولوژیکی نرمال , پاتولوژیکی یا پاسخ های فارماکولوژیک به درمان تعریف می شود. بیومارکرها یا به وسیله ارگانهای بیمار(مانند تومور) و یا به وسیله ارگانهای سالم بدن در پاسخ به بیماری تولید می شود. استفاده از بیومارکرها در تمام مراحل یک بیماری مفید می باشد: قبل از تشخیص بیومارکرها می توانند برای غربالگری یا ارزیابی خطر استفاده شوند , در طول تشخیص بیومارکرها می توانند مرحله و فعالیت بیماری را تعیین کنند , سپس از آنها برای کنترل پیشرفت و عود بیماری و انتخاب درمانهای مناسب استفاده می شود.

روش های بررسی

امروزه امکان دسترسی به روش های آزمایشگاهی مختلفی برای آنالیز و بررسی این بیومارکرها فراهم شده است که این روش ها شامل Genomic – Epigenomic –Transcriptomic – Proteomic و تکنولوژی تصویر برداری می باشند که موجب شده اند بیومارکرهای بیشتری را نسبت به قبل سنجش شود و فهم بیشتری در مورد مسیرهای بیماری , مداخله و درمان فراهم شود.

مطالعات در مورد بیومارکرها به وسیله مشاهده و کشف انجام می شود . مراحل ظهور یک بیومارکر شامل کشف ، بررسی و معتبرسازی می باشد.در مرحله کشف منبع بیومارکری که استفاده می شود می تواند متنوع باشد و موضوعی که در این مرحله مهم است دقت در تکرار پذیری و تصادفی نبودن آنالیز ها می باشد.مرحله بعدی بررسی بیومارکرهای انتخاب شده می باشد که نیازمند آنالیز در گروه بزرگتری از نمونه ها می باشد، روش های آنالیزی که در این مرحله استفاده می شود متفاوت از طرحی است که در مرحله کشف استفاده شده است.

ویژگی های بیومارکر مناسب

یک بیومارکر باید قابل اطمینان باشد و به آسانی قابل سنجش باشد. هزینه پیگیری تست باید نسبتا کم باشد و روش آزمایشگاهی مورد استفاده باید تغییرات بیومارکر را در مراحل مختلف بیماری دقیق نشان دهد. اگر بیومارکری به عنوان یک تست تشخیصی استفاده می شود باید حساسیت و اختصاصیت داشته باشد , حساسیت بالای یک تست موجب مثبت شدن آن در همه بیماران همراه با آن بیماری می باشد اما ممکن است مثبت کاذب نیز در افرادی که مبتلای آن بیماری نیستند, دیده شود . بنابراین یک تست علاوه بر حساسیت بالا باید اختصاصیت نیز داشته باشد به عبارتی اختصاصیت موجب می شود فقط افرادی که این بیماری را دارند تست در آنها مثبت شود.بنابراین شاخص هایی تحت عنوان DOR(Diagnostic odd ratio) و LR(likelihood ratio) برای بررسی حساسیت و اختصاصیت بیومارکرها تعریف شدند.

Biomarker discovery using high-
throughput technology platforms:

برخی از تست های غربالگری (مانند پاپ اسمیر و کلونوسکوپی) به طور موفقیت آمیزی میزان مرگ و میر را از طریق تشخیص زود هنگام بیماری کاهش داده اند. علی رغم این موفقیت تستهای رایج در آشکار سازی زودهنگام دارای مشکلاتی از قبیل : عدم حساسیت کافی (مانند CEA/AFP/CA125) , کاربرد کم (کلونوسکوپی) و نبود وسایل آنالیز کننده برای کشف مارکرهای جدید می باشند. تکنولوژیهای High-throughput برای دست یابی به اطلاعات ژنومیک (به عنوان پیام تعریف می شوند و توالی پروتئین را کد می کنند)ترانس کریپتومیک (سطح mRNA ها کد کننده را می دهد) , پروتئومیک (سطح پروتئین های موجود در سلول را می دهد.) و Fluxmic به کار می رود.

---

Genomics:
ژنومیک به عنوان پیام ژنتیکی تعریف می شود و توالی پروتئین را کد می کند. روش های رایج برای تعیین توالی ABI 3700automate و multiplex the sanger می توانند برای توالی یابی کل ژنوم استفاده شوند. بعد از توالی یابی کل ژنوم وظیفه مهم بعدی مطالعه روی تفاوت های ژنتیکی بین افراد است , که انواع تفاوت هایی که به طور شایع وجود دارد شامل SNP(single nucleotide polymorphisms) و different types of repeats می باشند. SNP ها با یک شیوع بالایی در جمعیت رخ می دهند که به نظر می رسد اتفاقی نیست. علت اهمیت و مطالعه تفاوتهای ژنتیکی این است که تفاوتهای ژنتیکی بخش مهم و بزرگی از تفاوتها بین افراد هستند به خصوص زمانی که این تفاوتها موجب افزایش حساسیت به بیماریها و پاسخ های متفاوت به درمانهای دارویی(Pharmacogenomics) میشوند.

Transcriptomics:
مرحله بعدی در فرآیند تشکیل یک پروتئین جدید رونویسی از روی ژن است که منجر به تشکیل mRNA می شود. رونویسی از ژن فرآیند بسیار پویایی است که به سرعت تحت تاثیر تغییرات محیطی یا فیزیولوژی بافت یا سلول هدف قرار می گیرد , بنابراین آنالیز بیان ژن پتانسیل بالایی برای شناسایی بیومارکرها و وضعیت مختلف سلامت و بیماری هم چنین مواجهه با دارو دارد.امروزه مشخص شده است که حدود 1-2% از Transcriptoms انسان پروتئین کد می کنند که mRNA نامیده می شوند , سایر RNA ها پروتئینی را کد نمی کنند که TransferRNA نامیده می شوند و عملکرد آنها تقریبا ناشناخته است.

 

خانواده جدیدی از RNA های غیرکد کننده یافت شده اند که به دو گروه تقسیم می شوند: Non-coding RNA کوچکتر از 200nt و Non-coding RNA بیشتر از 200nt . بسیاری از این RNAهای غیر کد کننده عملکرد تنظیمی دارندکه از مهمترین آنها می توان MiRNA ها را نام برد که جهت تنظیم عملکرد mRNA با آن جفت می شوند سپس بسته به میزان مکمل بودن با mRNA با MiRNA منجر به مهار ترجمه با تحریک تخریب mRNA یا مهار ترجمه بدون تخریب می شود.آنالیز MiRNA در مطالعات بیومارکر موجب شده است تاکنون چندین MiRNA به عنوان بیومارکر معرفی شوند.گروهی از RNAهای غیر کدکننده با طول بلند InRNA هستند که آنها نیز عملکرد تنظیمی دارند.

 

معروفترین آنها در انسان Xist است که در غیر فعال کردن کروموزوم X در زنان نقش دارد. در حالی که mRNA نقش مهمی در عملکرد سلول مانند پروتئین بازی نمی کند دلایلی وجود دارد که نشان می دهد چرا پروفایل بیان mRNA در مقایسه با پروفایل بیان پروتئین ترجیح داده می شود : دلیل اصلی آن عملی بودن استفاده از اسید نوکلئیک مانند RNA می باشد که جداسازی , خالص سازی و آشکارسازی آن نسبت به پروتئین راحت تر است. هم چنین تنوع در سطح RNA معمولا بیشتر از تنوع در سطح پروتئین است.دو تکنولوژی استاندارد برای تعیین پروفایل رونویسی cDNA microarray و Affymetrix gene chip می باشد.

Proteomics:
بیومارکرها هم چنین می توانند در سطح پروتئوم آشکار شوند.پروتئومیک می تواند به عنوان یک مطالعه بر روی ساختار , بیان و عملکرد پروتئین مطرح شود.آشکارسازی پروتئین ها از طریق روش های ایمونواسی یا کروماتوگرافی ترکیب شده با mass spectrometry انجام می شود.به طور کلی بررسی پروتئوم پیچیدگی بیشتری از ژنوم دارد زیرا پروتئین ها هم چنین به وسیله عملکردهای متفاوتی که در تعامل با DNA یا خودشان دارند, مشخص می شوند.بنابراین آنالیز پروتئوم به عنوان بیومارکر پیچیدگی بیشتری از آنالیز DNA یا RNA دارد.

Metabolomics:
علاوه بر ژنومیک , ترانس کریپتومیک و پروتئومیک تغییر در سطح غلظت متابولیت ها در سلول نیز می تواند برای
آنالیز فنوتیپ سلولها استفاده شود.

 

برای مشاهده کلیپ بیومارکر، کلیک کنید.