KRAS Geni Nedir? Bu Genin Kanserle Nasıl Bir İlişkisi Var?

Günümüzde 150'den fazla türü keşfedilen, çağımızın en belalı düşmanlarından biri olan bir hastalık: kanser. En kısa tanımıyla kanser; "kontrolsüz hücre bölünmesi" olarak tezahür eden bir hastalıktır. Bütün kanser türlerinde ortak olan özellik; hücrelerin kontrol edilemez bir şekilde bölünerek çoğalmasıdır. Bu bölünme, sağlıklı hücrelerin bölünmesine nazaran o kadar hızlıdır ki, bir zaman sonra vücutta tümörler oluşmaya başlar ve sonrasında işler daha da kötü yerlere gidebilir.

Peki hiç düşündünüz mü; hücrenin kontrolden çıkıp da asice bölünmesine yol açan nedenler ne? Ufacık, çıplak gözle dahi görülemeyen bir hücrenin içinde neler olup bitti de koskoca organizmanın hayatını tehdit etti? Bu soruları cevaplayabilmek için hücrenin çekirdeğindeki DNA'yı oluşturan genlere inmeliyiz. Gelin bu makalede, genel olarak kanseri değil de, bazı kanserlere yol açan çok daha spesifik bir gende yaşanan mutasyonları inceleyelim. Bu genin adı: KRAS.

KRAS Geni Nedir?

KRAS, "Kirsten sıçan sarkom virüsü" (İng: "Kirsten rat sarcoma virus") sözcüklerinden türetilen bir genin ismidir. Bu genin "KRAS" olarak adlandırılmasının nedeni; ilk olarak Kirsten sıçan sarkomu virüsünde onkojen olarak tanımlanmasından kaynaklanmaktadır. Viral onkojen hücresel genomdan türetilmiştir. Hücresel genomdaki KRAS genine "proto-onkojen" denir.

KRAS geni, insan kanserlerinde en sık mutasyona uğrayan kanser genlerinden (onkogenlerden) biridir.

KRAS Geni ve K-Ras Proteini

Aslına bakarsak KRAS geni, "K-Ras" adlı bir proteini sentezlemek için çeşitli talimatlar veren bir gendir. Protein, hücrenin dışından hücrenin çekirdeğine sinyaller iletir. Bu sinyaller, hücrenin büyümesini ve bölünmesini (çoğalmasını) veya olgunlaşmasını ve özel işlevler üstlenmesini (farklılaşmasını) emreder. K-Ras proteini bir GTPazdır, yani "guanozin trifosfat" ya da kısaca "GTP" olarak adlandırılan bir molekülü, "guanozin difosfat" ya da kısaca "GDP" olarak adlandırılan başka bir moleküle dönüştürür. Bu şekilde K-Ras proteini, GTP ve GDP molekülleri tarafından açılıp kapatılan bir anahtar gibi davranır. Sinyalleri iletmek için, bir GTP molekülüne bağlanarak açılması gerekir. K-Ras proteini, GTP'yi GDP'ye dönüştürdüğünde kapatılır yani etkisizleştirilir. Protein, GDP'ye bağlandığında, sinyalleri hücrenin çekirdeğine iletmez.

KRAS

KRAS proteini de tıpkı Ras alt ailesinin diğer üyeleri gibi bir GTPazdır ve birçok sinyal iletim yolunda erken bir oyuncu gibi davranır. KRAS, C-terminalinde bir izopren grubunun varlığından dolayı genellikle hücre zarlarına bağlanır. Memeli hücrelerinde KRAS geninin iki protein ürünü vardır ki bunlar: "K-Ras4A" ve "K-Ras4B" proteinleridir; bu proteinler C-terminal bölgelerinde farklı bir yapıya sahiptir ve plazma zarı da dahil olmak üzere hücre zarlarına yerleşmek için farklı mekanizmalar kullanırlar.

KRAS Geninin Fonksiyonu

KRAS, protein dinamiklerini kullanarak moleküler bir açma/kapama düğmesi görevi görür. Allosterik olarak aktive edildikten sonra, büyüme faktörlerinin yayılması için gerekli proteinleri ve ayrıca c-Raf ve PI 3-kinaz gibi diğer hücre sinyal reseptörlerini görevlendirir ve aktive eder.

KRAS, GLUT1 glukoz taşıyıcısını düzenleyerek kanser hücrelerinde Warburg etkisine katkıda bulunur. Warburg etkisi; onkolojide, kanser hücrelerinde bulunan ve vücudun diğer hücrelerinin birçoğunun tercih ettiği aerobik solunum yolu üzerinde özel bir fermantasyonu destekleme eğiliminde olan değiştirilmiş bir hücresel metabolizma şekline verilen isimdir.

KRAS, aktif halde GTP'ye bağlanır. Ayrıca, nükleotidin terminal fosfatını parçalayan ve GDP'ye dönüştüren içsel bir enzimatik aktiviteye sahiptir. GTP'nin GDP'ye dönüştürülmesi üzerine KRAS devre dışı bırakılır. Dönüşüm oranı genellikle yavaştır, ancak örneğin RasGAP gibi GTPaz aktive edici protein (GAP) sınıfının bir aksesuar proteini tarafından önemli ölçüde artırılabilir. Buna karşılık KRAS, bağlı nükleotidin (GDP) salınmasını zorlayan Guanin Nükleotit Değişim Faktörü (GEF) sınıfının proteinlerine bağlanabilir. Daha sonra KRAS, sitozolde bulunan GTP'yi bağlar ve GEF, ras-GTP'den salınır.

Ras ailesinin diğer üyeleri HRAS ve NRAS'tır. Bu proteinlerin hepsi aynı şekilde düzenlenir ve hücre içindeki etki alanlarında farklılık gösterir.

Ras Proteinleri ve Kanser

Ras, gelen sinyaller tarafından "açıldığında"; hücre büyümesi, farklılaşması ve hayatta kalmasıyla ilgili genleri açan diğer proteinleri açar. Ras genlerinde oluşan mutasyonlar, gelen sinyallerin yokluğunda bile hücre içinde istenmeyen ve aşırı aktif sinyalleşmeye neden olabilen kalıcı olarak aktive edilmiş Ras proteinlerinin üretimine yol açabilir.

Bu sinyaller hücre büyümesi ve bölünmesi ile sonuçlandığı için, aşırı aktif Ras sinyali kansere yol açabilir. İnsanlardaki 3 Ras geni (HRAS, KRAS ve NRAS) insan kanserinde en yaygın onkogenlerdir; Ras'ı kalıcı olarak aktive eden mutasyonlar, tüm insan tümörlerinin %20 ila 25'inde ve belirli kanser türlerinde (örneğin pankreas kanseri) %90'a kadar bulunur. Bu nedenle, Ras inhibitörleri, kanser ve Ras aşırı ekspresyonu olan diğer hastalıklar için bir tedavi olarak araştırılmaktadır.

KRAS Geni Nedeniyle Kanser Oluşumu

KRAS proteini, normal hücre büyümesinde görev alan önemli moleküllerden biridir. KRAS geni tarafından üretimi sağlanan protein, dış ortamdan alınan sinyallerin hücre çekirdeğine iletiminde rol oynar. Mutasyona uğraması durumunda hücre "agresif" bir büyüme gerçekleştirir. Mutasyonlu KRAS, hücre dış ortamdan sinyal almasa bile sürekli "çoğal" komutunu gönderir. Böylece kanser süreci başlamış olur. Artık bu noktada hücrenin bölünmesi kontrol edilemez ve adeta akıl almaz bir hızla çoğalmaya başlar.

Hangi Tür Kanserler Ne Oranda KRAS Gen Mutasyonları Sonucunda Oluşur?

KRAS proto-onkogeninin 12, 13 ve 61 kodonlarındaki aktive nokta mutasyonları; kolorektal, küçük hücreli dışı akciğer, pankreas ve tiroid kanserlerinde yaygındır. DNALab, şöyle anlatıyor:

Kalın bağırsak (kolon ve rektum) kanserlerinde %30-40, akciğer kanserinde %10-30, pankreas kanserinde ise %90 oranlarında KRAS gen mutasyonları saptanmaktadır. Ayrıca kolon kanserli hastaların %3-4'ünde NRAS gen mutasyonları da görülmektedir. KRAS ve NRAS'ta mutasyon olması, o hastanın tirozin kinaz inhibitörü (TKI) ve monoklonal antikor (mAb) tedavisi gibi Anti-EGFR tedavilere iyi yanıt vermeyeceğinin bir göstergesidir, yani kanser için bir biyolojik belirteçtir. Bu nedenle KRAS ve NRAS mutasyon analizi özellikle kolon ve rektum kanseri başta olmak üzere çeşitli kanserlerin tedavisinde belirleyici rol oynar.

KRAS Geni Mutasyona Uğradığında Neler Olur?

Aktive edici bir mutasyondan tek bir aminoasit bölgesi ve özellikle tek bir nükleotit bölgesi sorumludur. Ortaya çıkan dönüştürücü protein; akciğer adenokarsinomu, müsinöz adenom, pankreasın duktal karsinomu ve kolorektal kanser dahil olmak üzere çeşitli malignitelerde (kötü huylu tümörlerde) rol oynar. Ayrıca birkaç germ hattı KRAS mutasyonunun, Noonan sendromu ve kardiyofasiyokutanöz sendrom ile ilişkili olduğu bulunmuştur. Ek olarak, somatik KRAS mutasyonları; lösemi, kolorektal kanser, pankreas kanseri ve akciğer kanserinde yüksek oranlarda bulunur.

KRAS geninin; "G12C" ve "G12D" isimli iki farklı mutasyonu mevcuttur:

G12C Mutasyonu

Oldukça sık görülen bir sürücü mutasyonu, sığ bir bağlanma bölgesine bitişik olan KRAS G12C'dir. Bu mutasyon, sistein-12'nin nükleofilik kükürt atomu ile geri dönüşümsüz kovalent bağlar oluşturabilen ve dolayısıyla seçici olarak KRAS G12C'yi hedef alan ve vahşi tip KRAS'ı el değmeden bırakabilen elektrofilik KRAS inhibitörlerinin gelişmesine izin verir.

İki KRAS G12C mutant kovalent inhibitörü klinik testlere ulaşmıştır: AMG 510 (Amgen) ve MRTX-849 (Mirati Therapeutics). ARS-3248 (Wellspring Biosciences / Janssen) klinik çalışmalara başlamak için araştırma amaçlı yeni bir ilaç (IND) onayı aldı. KRAS'ı hedef alan bir antisens oligonükleotit (ASO), AZD4785 (AstraZeneca / Ionis Therapeutics), bir faz I çalışmasını tamamlamıştır, fakat faz I denemelerinden sonra hedef yetersizliği nedeniyle bu ilacın çalışmaları daha da geliştirilmeden durdurulmuştur.

G12D Mutasyonu

En yaygın KRAS mutasyonu G12D'dir; normalde KRAS proteininin aminoasit pozisyonu 12 glisindir, ancak G12D'de glisin, aspartik asit tarafından işgal edilir. Mayıs 2019'a kadar, mutasyonu hedef alan hiçbir klinik çalışma yapılmadı. İlk klinik çalışma Ulusal Kanser Enstitüsü tarafından desteklendi. Klinik çalışmalara başlamak için 2021'de araştırma amaçlı yeni ilaç (IND) onayı isteyen Mirati'den G12D ile ilgili başka bir çalışma daha vardır.

KRAS Mutasyonları ve Sebep Olduğu Kanser Türleri

Kolorektal Kanser

KRAS mutasyonlarının etkisi büyük ölçüde mutasyonların sırasına bağlıdır. Primer KRAS mutasyonları genellikle kendi kendini sınırlayan hiperplastiğe veya sınırda bir lezyona yol açar, ancak önceki bir APC mutasyonundan sonra ortaya çıkarlarsa sıklıkla kansere ilerler. KRAS mutasyonları, çekal kanserlerde, yükselen kolondan rektuma kadar başka yerlerde bulunan kolorektal kanserlerden daha sık görülür.

KRAS Mutasyonunun Kolorektal Kanserde Tedavisi

KRAS mutasyonu, kolorektal kanserde panitumumab (Vectibix) ve setuksimab (Erbitux) tedavisine çok zayıf bir yanıtın öngörücüsüdür.

Şu anda, bir kolorektal kanser hastasının EGFR inhibe edici ilaçlardan birine cevap verip vermeyeceğini tahmin etmenin en güvenilir yolu, kolorektal kanserlerin %30-50'sinde meydana gelen KRAS'ı kodlayan gendeki belirli "aktive edici" mutasyonları test etmektir. Çalışmalar, tümörleri KRAS geninin mutasyona uğramış versiyonunu eksprese eden hastaların setuksimab tedavisine veya panitumumab tedavisine cevap vermeyeceğini göstermektedir.

Vahşi tip (veya normal tip) KRAS geninin varlığı, bu ilaçların işe yarayacağını garanti etmese de, bir dizi büyük çalışma, KRAS vahşi tip tümörleri olan mCRC hastalarında setuksimabın önemli bir etkinliğe sahip olduğunu göstermiştir. 2009 yılında yayınlanan "Faz III KRİSTAL" çalışmasında, Erbitux artı kemoterapi ile tedavi edilen vahşi tip KRAS genine sahip olan hastalar, tek başına kemoterapi ile tedavi edilenlere kıyasla %59'a varan bir yanıt oranı göstermiştir. KRAS vahşi tip geni olan hastalar, tek başına kemoterapi alan hastalara kıyasla hastalık ilerlemesi riskinde %32 azalma göstermiştir.

KRAS mutasyonlarının ortaya çıkması, kolorektal kanserlerde setuksimab anti-EGFR tedavisine karşı kazanılmış direncin sık görülen bir itici gücüdür. KRAS mutant klonlarının ortaya çıkışı, radyografik ilerlemeden aylar öncesinden invazif olmayan bir şekilde tespit edilebilir. İlaç direncini geciktirmek veya tersine çevirmek için rasyonel bir strateji olarak bir MEK inhibitörünün erken başlatılması önerilmektedir.

KRAS Mutasyonu ve Akciğer Kanseri

Bir hastanın epidermal büyüme faktörü reseptöründeki (EGFR) bir mutasyon için pozitif veya negatif olup olmadığı, hastaların erlotinib (Tarceva) veya gefitinib (Iressa) gibi belirli EGFR antagonistlerine nasıl tepki vereceğini tahmin edecektir. EGFR mutasyonu taşıyan hastalar erlotinibe %60 yanıt oranına sahiptir. Bununla birlikte, KRAS ve EGFR mutasyonu genellikle birbirini dışlar. KRAS mutasyonu pozitif olan (ve EGFR durumu vahşi tip olacaktır) akciğer kanseri hastaları, %5 veya daha az olduğu tahmin edilen erlotinibe veya gefitinibe düşük yanıt oranına sahiptir.

Mutasyon durumu ve gen ekspresyonu dahil olmak üzere farklı veri türleri önemli bir prognostik güce sahip değildi. Küçük hücreli dışı akciğer kanserinde yapılan KRAS dizilimi ile yapılan tüm çalışmaların %72'sinde sağ kalım ile korelasyon gözlenmedi. Bununla birlikte, KRAS mutasyonları sadece genin kendisini ve karşılık gelen proteinin ekspresyonunu etkilemekle kalmaz, aynı zamanda hücre büyümesini, farklılaşmasını ve apoptozu (programlı hücre ölümü) düzenleyen önemli yollarda yer alan diğer aşağı akış genlerinin ekspresyonunu da etkileyebilir. KRAS-mutant tümörlerde bu genlerin farklı ekspresyonu, hastanın klinik sonuçlarını etkilemede daha belirgin bir role sahip olabilir.

KRAS Amplifikasyonu

KRAS geni, kolorektal kanserde de çoğaltılabilir. Bu genetik lezyonu barındıran tümörler veya hücre çizgileri EGFR inhibitörlerine yanıt vermez. KRAS amplifikasyonu, kolorektal kanserde nadir görülen bir olay olmasına rağmen, bazı hastalarda anti-EGFR tedavisine yanıtın engellenmesinden sorumlu olabilir. Yumurtalık, mide, rahim ve akciğer kanserlerinde vahşi tip KRAS'ların amplifikasyonu da gözlenmiştir.

KRAS Testi

Temmuz 2009'da ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), metastatik kolorektal kanser tedavisi için belirtilen iki anti-EGFR monoklonal antikor ilacı olan panitumumab (Vectibix) ve setuksimabın (Erbitux) etiketlerini KRAS mutasyonları hakkında bilgi içerecek şekilde güncelledi.

2012 yılında FDA, kolorektal kanser hücrelerinde KRAS geninde 7 mutasyonun varlığını tespit etmek için tasarlanmış genetik bir test olan QIAGEN'in therascreen KRAS testine de onay verdi. Bu test, Erbitux ile tedavi için metastatik kolorektal kanserli hastaları belirlemede doktorlara yardımcı olmak için kullanılır. Kolorektal kanser dokusunda KRAS mutasyonlarının varlığı, hastanın Erbitux tedavisinden yararlanamayabileceğini göstermektedir. Test sonucu kolorektal kanser hücrelerinde KRAS mutasyonlarının olmadığını gösteriyorsa, hastaya tedavi için Erbitux önerilebilir.

KRAS Geninin Aktifleşmemesi İçin İlaç Geliştirmek Mümkün mü?

KRAS'taki sürücü mutasyonları, insan kanserlerinin %20'sine varan patogenezinin temelini oluşturur. Bu nedenle KRAS, çekici bir ilaç hedefidir; ancak belirgin bağlanma bölgelerinin olmaması, farmasötik gelişmeyi engellemiştir.

Potansiyel bir ilaç etkileşimi bölgesi, GTP/GDP'nin bağlandığı yerdir. Bununla birlikte, bu bölge için GTP/GDP'nin olağanüstü derecede yüksek afinitesi nedeniyle, ilaç benzeri küçük molekül inhibitörlerinin GTP/GDP bağlanması ile rekabet edebilmesi muhtemel değildir. GTP/GDP'nin bağlandığı yerler dışında, küçük moleküller için belirgin bir yüksek afiniteli bağlanma bölgesi yoktur.

Sonuç

Bu makalede sadece 1 genin üzerinde durduk. Ve bu gende meydana gelen çok basit bir hata yüzünden bu genin ne kadar ağır sonuçlara yol açtığını hep beraber gördük. Bir düşünün; hücrelerimizde 30.000 civarı protein kodlayıcı gen var ve hepsinin belli başlı görevleri bulunuyor. Bu genler sürekli mutasyona uğruyor, ki mutasyonların büyük bir çoğunluğu da zararsızdır.

Moleküler biyoloji ve genetik alanında yapılacak çalışmalar, genlerimizi çok daha yakından tanımamızı sağlayacak. Belki bu sayede kanseri tamamen yenerek onu tarih sahnesinden silebiliriz, kim bilir. Hiçbir şeyin kusursuz olmadığı gibi, vücudumuzun da kusursuz olmadığını bilmek, bilime yönelik bakış açımızı güçlü kılmak için atılacak ilk adımımız olabilir. Eğer büyük işler başarmak istiyorsak, bilimi sahiplenmeli ve çok daha önemlisi ondan öğrendiklerimizi asla unutmamalıyız.