Pomimo różnorodności nieodłącznie związanej z rakiem, wszystkie mają wspólny temat: wiele rzeczy idzie nie tak. Może to utrudniać zrozumienie, które czynniki napędzają raka, a które są konsekwencjami tego nieprawidłowego wzrostu. Takie rozróżnienia są ważne do zrozumienia przy rozważaniu mechanizmów choroby lub opracowywaniu strategii leczenia. W przypadku gruczolakoraka przełyku „cechą charakterystyczną pacjentów z przełykiem Barretta jest bardzo niestabilny genom, który może przybierać wiele różnych postaci. Obejmuje to inaktywację genu supresorowego guza TP53, gdzie utrata dwóch kopii prowadzi do niestabilności genomu, co może skutkować różnymi typami amplifikacji genów” – powiedział dr Thomas Paulson, starszy pracownik naukowy w firmie Fred Hutch w dziale badań klinicznych i translacji oraz terapii. Dr Paulson poświęcił się zrozumieniu, w jaki sposób przełyk Barretta, przednowotworowy stan metaplastyczny, który wpływa na wyściółkę przełyku, może czasami przekształcić się w wysoce śmiertelnego gruczolakoraka przełyku. Paulson prowadził swoje badania w laboratorium obecnie emerytowanego dr Briana Reida i kontynuuje swoją pracę w laboratorium dr Williama Grady’ego. Paulson wyjaśnił dalej, że niestabilność genomu może prowadzić do amplifikacji genów w chromosomie, namnażając niewielką liczbę genów, ale może również rozwinąć się, gdy segment chromosomu „wyskakuje i zatacza koło, umożliwiając mu replikację i segregację niezależnie od chromosomów, co prowadzi do bardzo wysokiego wzrostu liczby kopii genów”. Patricia Galipeau, kierownik projektu badawczego w Reid Lab, dodała: „Jeśli zdarzy ci się wyskoczyć niewłaściwy gen, taki jak gen odpowiedzialny za raka, może to prowadzić do dużych problemów”. To DNA, które wyskakuje, jest znane jako DNA pozachromosomalne i wiadomo, że napędza ewolucję guza, oporność na leczenie i wiąże się ze złymi wynikami w przypadku raka, w tym gruczolakoraka przełyku. Jednak nie było jasne, czy pozachromosomalny DNA był późniejszą manifestacją niestabilności genomu, czy też przyczyniał się do przejścia przełyku Barretta w raka. Dzięki wspólnym wysiłkom Paulson i inni badacze z Fred Hutch, Stanford University, University of California San Diego, Cambridge University i University of Texas Southwestern Medical Center przeanalizowali próbki pacjentów z Fred Hutch i Cambridge University, aby dotrzeć do sedna tego kurczaka lub pytanie o pozachromosomalny DNA jaja. Dr Xiaohong Li, starszy pracownik naukowy w firmie Fred Hutch, który przyczynił się do powstania tej pracy, wyjaśnił, że w ostatnich Natura badania, „dwa niezależne zestawy danych w tym artykule, w tym nasze próbki podłużne, pokazują, że pozachromosomalny DNA znacząco wzrósł w czasie u pacjentów, u których później rozwinął się rak”. Dodał, że ogólnie „pozachromosomalny DNA jest silnie powiązany z wynikiem raka w badanej populacji”, co sugeruje, że rzeczywiście może być motorem tego raka.

Podstawa tego badania zaczęła się właściwie prawie 30 lat temu, kiedy lekarz-naukowiec dr Reid opracował „Protokół Seattle”, który obejmuje pobieranie próbek biopsji o wysokiej gęstości co 1-2 cm odcinka przełyku Barretta. Ta praktyka nadzoru jest powtarzana co 6-12 miesięcy w przypadku pacjentów z przełykiem Barretta z tkanką dysplastyczną – nieprawidłowy fenotyp tkanki, który może poprzedzać progresję raka. Podczas gdy większość biopsji wykorzystano do sprawdzenia, czy rozwinął się rak, inne zostały zachowane do badań, aby lepiej zrozumieć, dlaczego tylko niektórzy pacjenci z przełykiem Barretta przechodzą do raka. Pacjenci w opublikowanym badaniu byli leczeni w szpitalu Fred Hutch, a średni czas obserwacji wynosił około 10 lat, co czyni to badanie podłużne bardzo mocnym narzędziem mającym na celu zbadanie czynników napędzających progresję raka. W sumie badanie to obejmowało 40 pacjentów z przełykiem Barretta, u których ostatecznie rozwinął się rak, oraz 40, u których nigdy nie rozwinął się rak w czasie trwania badania. Aby zwiększyć liczbę próbek do badań i dodać dane z różnych miejsc, naukowcy z Fred Hutch połączyli siły z dr Rebeccą Fitzgerald, klinicystą-naukowcem z Uniwersytetu Cambridge, która zarządza jedną z największych kohort pacjentów z gruczolakorakiem przełyku. Chociaż kohorta z Cambridge nie była podłużna, zbadała większą liczbę pacjentów w różnych stadiach choroby. Ta kohorta przekrojowa obejmowała prawie 70 pacjentów z przełykiem Barretta z dysplazją niskiego lub wysokiego stopnia, a także około 50 pacjentów z gruczolakorakiem przełyku we wczesnym stadium i około 90 pacjentów w późnym stadium. Biopsje z kohort każdej instytucji poddano analizie histologicznej i sekwencjonowaniu całego genomu w celu zidentyfikowania mutacji i zmian genomowych, w tym pozachromosomalnego DNA. Metody wykrywania i charakteryzowania pozachromosomalnego DNA, opracowane przez współpracowników Jensa Luebecka (UCSD), Vineet Bafna (UCSD) i Paula Mischela (Stanford), zostały zastosowane do danych sekwencji WGS z tych kohort. W próbkach Cambridge pozachromosomalnego DNA nie wykryto w próbkach przełyku Barretta bez dysplastyki lub o niskim stopniu złośliwości, ale stwierdzono je u 25% pacjentów z gruczolakorakiem przełyku we wczesnym stadium i 43% pacjentów z zaawansowanymi stadiami choroby. Co ciekawe, DNA pozachromosomalne stwierdzono na wyższym poziomie u osób z tym późnym stadium raka. Koncentrując się na podłużnej kohorcie Freda Hutcha, naukowcy zawęzili listę pacjentów, u których ostatecznie rozwinął się rak, i zapytali, kiedy mogą po raz pierwszy wykryć pozachromosomalne DNA. Warto zauważyć, że u 18% tych pacjentów pozachromosomalny DNA wykryto w biopsjach tkanki dysplastycznej na wiele lat przed wystąpieniem raka i u 32,5% pacjentów z progresją, co wskazuje na silny związek z pozachromosomalnym DNA i postępem choroby. Co więcej, naukowcy odkryli powiązania z pozachromosomalnym DNA i bialleliczną utratą TP53zgodnie z wcześniejszymi ustaleniami, że utrata TP53 umożliwia tworzenie pozachromosomalnego DNA.