Rakuvaba DNA

Rakuvaba DNA (cell free DNA/cfDNA) on DNA, mis ringleb vabalt veres. Päritoluks on surnud rakkude DNA, mis on sattunud vereringesse ja mis seal lagundatakse.

Veres ringleva rakuvaba DNA (cfDNA) avastuseni jõudsid Mandel ja Metais juba 1948. aastal. On leitud, et cfDNA-d võib leida nii tervete, rasedate kui ka vähki põdevate inimeste vereringest. Suurem osa veres olevast DNA-st arvatakse pärinevat tuumaga vererakkudest ning on verest kättesaadav. Terve inimese rakuvaba DNA hulk kasvab intensiivse treeningu, maratoni ja jõutõstmise tagajärjel. Päevas surevad tavalisel inimesel miljonid keharakud, mis lagundatakse meie kehas. Erinevalt apoptootilistest rakkudest, ei lagundata nekrootilisi rakke fagotsütoosiga ja sellest tulenevalt võib seda kergemini leida vereringest. Vereringes olevat DNA-d leidub organismis piisavas koguses diagnostilisteks analüüsideks ning seda on võimalik leida lisaks verele ka teistest kehavedelikest, näiteks uriinist.

CfDNA-l põhinev mitteinvasiivne diagnostiline meetod on loonud uusi võimalusi nii vähiravis kui ka südame veresoonkonna haiguste ja loote kromosomaalsete anomaaliate tuvastamiseks.

Loote rakuvaba DNA kasutusvõimalused 

Rakuvaba DNA päritolu pole veel täpselt teada, kuid arvatakse, et see pärineb platsenta apoptootilistest rakkudest.

Mitteinvasiivse rakuvaba DNA uuringut lootekandja verest on võimalik teostada alates 9.–10. rasedusnädalast. Sellisel viisil on võimalik tuvastada põhilisi trisoomiaid, kõige sagedamini 21., 18. ja 13. kromosoomi triploidiaid, ja sugukromosoomide aneuploidiaid nt xxy, xxx jne. Samuti on võimalik sellisel viisil kindlaks teha loote sugu. 10.–20. rasedusnädalal on ema veres ringlevast rakuvabast DNA-st loote päritolu keskmiselt 11–13,4%. See erineb suuresti patsientidel. Loote rakuvaba DNA on juppidena ja liigub ema verre, jättes maha platsenta mikroosakesi. Kuna loote cfDNA on märgatavalt väiksem ema DNA-st, siis paljud protokollid eraldavad loote ja ema cfDNA-d suuruse järgi.

Loote rakuvabal DNA-l põhineva testi valepositiivsete ja -negatiivsete määr on alla 1% ning sellega invasiivsete protseduuride osakaal väheneks. Kuid sellel on ka negatiivseid külgi, nt mõjutavad testi raseda ülekaal või vale verekogumismetoodika. Samuti ei saa testida kõiki kromosomaalseid nihkeid ning test ei tee vahet, kas kromosoomipatoloogia esineb emal või lootel. Uuring ei soovitata kaksik- või kolmikraseduse puhul, kuna sellistel juhtudel on rakuvaba DNA hulk veres suurem ja test võib anda vale tulemuse. 
Invasiivsete meetoditega on võimalik kindlaks teha rohkemaid kõrvalekaldeid kui cfDNA-ga ning trisoomiad ei võta kokku kogu kõrvalekallete võimalusi populatsioonis. Naised, kes tahaksid täpsemat analüüsi, peaksid kaaluma kogu karüotüübi analüüse. Kuigi cfDNA on väga tundlik meetod ja sellega on võimalik tuvastada eesmärgiks seatud aneuploidiaid, siis ei suuda test tuvastada väiksemaid punktmutatsioone.

Ka Eestis on võimalik tellida alates 2014. aastast rasedal endale vastav uuring. Eestis tehakse seda alates 12. rasedusnädalast. Eestis pole see uuring lisatud Eesti Haigekassa tervishoiu teenuste loetellu, seega saab testi tellida vaid ise selle eest tasudes.

Preeklampsia

Veel on võimalik cfDNA-ga tuvastada preeklampsiat, mis on rasedusaegne haigus. See võib põhjustada mitmeid probleeme, nagu enneaegne sünnitus, lihasdüstroofiat ja palju teisi rasedusega seotud haigusi, isegi surma. Preeklampsia on enamesinev rasedusaegne haigus, hõlmates 2–10% rasedustest.

Loote soo määramine

Reaal-aja PCR (polümeraas ahelreaktsioon) tehti SRY geeni ja DYS14 markeri praimeritega, kasutades selleks ema vereplasmat. Kui mõlemad testid, nii DRY kui ka DYS14 on positiivsed, on loode meessoost. Negatiivse tulemuse korral kasutatakse loote DNA olemasolu kindlakstegemiseks vanemate veregrupi analüüsi või deletsioonide polümorfismi. Ainult pärast loote cfDNA olemasolu kindlaks tegemist, võib väita, et tegemist on naissoost lootega.

Vähi cfDNA kasutusvõimalused

On leitud, et vabalt oleva kasvaja cfDNA allikaks on kasvajarakkude hävinemine nekroosi või lüüsimise tulemusel. CfDNA on biomarkeriks vähi diagnoosimisel. Uurides cfDNA-d on võimalik tuvastada vähki juba väga varajases staadiumis, samuti on täheldatud, et cfDNA hulk kasvab vähi staadiumi kasvades.

CfDNA abil suudetakse kiiremini selgeks teha vähirakkude geneetilisi muutusi ja valida sobivaim raviviis patsiendile. See on üsna kiire viis detekteerida selliseid anomaaliaid. CfDNA poolestusaeg (aeg mis kulub DNA kontsentratsiooni vähenemisele poole võrra) on umbes 2 tundi ja cfDNA kontsentratsioon võib veres muutuda mõne päeva kuni mõne kuuga. Kuna cfDNA on spetsiifiline patsiendile, saab seda võrrelda patsiendi DNA-ga ja teha kindlaks vähile iseloomulikud mutatsioonid, nagu näiteks punktmutatsioonid ja ümberpaigutused DNA-s. Mutantsete alleelide võrdlemisel normaalsete rakkude geenidega, aitab vähendada invasiivsete protseduuride osakaalu, eriti prognoosimisel ja kasvaja jälgimisel. CfDNA järjestused on umbes 170 bp pikad ja kaovad kiiresti pärast edukat kasvaja ravimist. CfDNA-l põhinevad uuringud võimaldaks vähiga võitlevatel patsientidel keemiaravi osakaalu vähendada.

Rakuvaba DNA kasutamise meetodid

CfDNA analüüsimine nõuab väga tundlikke tehnikaid, kuna vähi/loote cfDNA kontsentratsioon veres on väga väike. Klassikalised meetodid rakuvaba DNA uurimiseks on reaal-ajas PCR (polümeraasi ahelreaktsioon), fluorestseeruvad ja spektrofotomeetrilised võimalused, samuti ka digitaalsed võimalused nagu digitaalne PCR koos erinevate süsteemide ja programmidega.
Digitaalne karüotüüp aitab leida eelnevalt mitteteada olevaid kromosomaalseid muutusi ja genoomiväliseid järjestusi eriti vähi puhul.

Rakuvaba DNA puhastamine vereplasmast

CfDNA isoleerimiseks mõeldud protokollid näevad ette kogutud vere tsentrifugeerimist, sealhulgas ka mikrotsentrifugeerimist, millele järgneb isolatsioon ja cfDNA puhastamine. Plasma filtreeritakse läbi 0,2-mikromeetrise filtri, et eemaldada rakke, mis on pärast esmast töötlemist plasmasse jäänud. Erinevus filtreeritud ja filtreerimata cfDNA vahel on saadud DNA koguses. Filtreerimata plasmas on rohkem DNA-d, seal esineb ka DNA, mis oli rakkudes, mis jäid plasmasse. Uuesti tsentrifugeeritud plasma kogutakse puhastamiseks ning seejärel tehakse PCR analüüs.

Praegused protseduurid cfDNA puhastamiseks vereplasmast eeldavad erinevaid DNA-järjestusi kasutades PCR-i. Kahjuks on sellel mitu piirangut: esiteks DNA isolatsiooni meetodid vajavad suurel hulgal vereproove. Teiseks on DNA isolatsioon ajakulukas ja see suurendab saastumise ohtu. Ained, mida kasutatakse proovide puhastamiseks, võivad sisaldada PCR inhibiitoreid, mis minimeerib proovi õigsust ja võib viia vale tulemuseni. Selleks, et neid probleeme vähendada, eemaldatakse plasmast valgud.

Reaalaja kvantitatiivne PCR-i meetod
Reaalaja PCR meetodis kasutatakse fluorestseeruvaid osakesi, et monitoorida PCR-il kogutud materjali. Reaalaja PCR-i protokoll on disainitud detekteerima mingit kindlat mutatsiooni ja need protokollid erinevad vähemal või suuremal määral. Realaja PCR loeb pärast igat paljundamist kokku mitu molekuli suudeti tekitada. Punktmutatsioone analüüsitakse kvantitatiivse realaja PCR-iga, kasutades alleel spetsiifilisi praimereid.

Mass-spektromeetria meetod

Mass-spektromeetrias eraldatakse ioonid vastavalt nende massi ja laengu suhtest. Enim kasutatakse MALDI-TOF-spektromeetriat, kus osakesed eraldatakse nende lennuaja järgi maatriksis, mis võimaldab eraldada võõr-cfDNAd tavalisest molekuli täpsusega. Esiteks viiakse DNA-ga läbi PCR ja seejärel otsitakse kolmanda praimeriga üles muteeruv ala.

Digitaalse PCR-i meetod
Digitaalne PCR on mikrojoaga seadeldis, milles on võimalik teostada paralleelselt analüüsi ühes PCR-i tsüklis. Digitaalne PCR suudab teha vahet tavalise vereplasma ja võõr-DNA vahel, mõõtes mitmetasandiliselt.

Viited

DNA