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人体就像马赛克,大量组织充满致癌突变

来源:中国科学报 2019-06-17 18:22

 

一项对29种不同类型组织进行的全面分析显示,人体就像由具有不同基因组的细胞组成的一团复杂“马赛克”,而其中的许多细胞都带有可能导致癌症的基因突变。

这是迄今规模最大的此类研究,收集了来自约500人的数千个样本的数据。这项6月6日发表在美国《科学》杂志的成果,可以帮助科学家更好地理解癌症是如何开始的,以及如何更早地发现癌症。

“我们现在意识到自己就是马赛克——我们身体中的大量细胞已经携带了癌症突变。”英国欣克斯顿市韦康·桑格研究所遗传学家Inigo Martincorena说,“这些都是癌症的种子。”

组织镶嵌是由于细胞积累突变而产生的——这些突变来自于细胞分裂过程中悄悄潜入的脱氧核糖核酸(DNA)错误,或者由于暴露于不好的环境因素,如紫外线或香烟烟雾。当一个具有特定突变的皮肤细胞分裂时,可能产生一块在基因上与相邻细胞不同的皮肤。

以前的研究已经发现,皮肤、食管和血液中存在高度镶嵌性。这些结果通常是通过对微观组织样本进行特定基因测序获得的。

上述研究引起了波士顿马萨诸塞州综合医院计算生物学家Gad Getz的兴趣。Getz和他的团队决定采取一种不同的方法——从基因型组织表达(GTEx)项目中挖掘一个核糖核酸(RNA)序列数据库,而不是通过微小样本对DNA进行测序。由于人体使用DNA作为模板生成RNA序列,DNA的突变有时会反映在RNA中。

研究RNA的决定使Getz及其同事迅速获得了来自约500人的29种组织的6700个样本的数据。但是他们的方法也有缺点。不是所有的DNA都会编码RNA,因此也就不是所有的DNA突变都会在RNA序列中显现。由于GTEx项目的样本数量相对较大,具有独特基因组的小细胞簇的DNA签名很可能被数量更多的其他细胞所淹没。

总体而言,该研究发现,在某些类型的组织中,镶嵌现象比之前研究预计的要少。但关键是,Martincorena说,最新的分析表明镶嵌现象存在于各种各样的组织中。

研究人员指出,细胞分裂率较高的组织,如构成皮肤和食道的组织,比细胞分裂率较低的组织具有更多的镶嵌现象。镶嵌现象也会随着年龄的增长而增加,在肺和皮肤组织中尤其普遍——这些组织长期暴露在环境因素中,会对DNA造成破坏。

例如,一种名为TP53的基因是最常见的突变位点之一。TP53有助于修复DNA损伤,被称为“基因组守护者”。而TP53的某些变化与癌症有关,但在细胞产生肿瘤之前,可能还需要其他基因的突变。

“我们所看到的是一些最早的癌前病变,它们随后会积累更多的突变。”加拿大温哥华市不列颠哥伦比亚癌症研究所癌症基因组学家Erin Pleasance说,“最终,其中一小部分突变可能会变成癌症。”

马里兰州巴尔的摩市约翰斯·霍普金斯医学院应用数学家Cristian Tomasetti说,研究人员现在需要找到方法区分哪些细胞会变成肿瘤,哪些是“正常的”。这对于提高早期发现癌症的努力可能是至关重要的。

Tomasetti已经开发出检测在血液中循环的肿瘤DNA的方法,研究人员希望有朝一日可以用来发现癌症的早期信号。但他说,其团队最初惊讶地发现,研究结果中的一些突变来自一组正常血细胞。这些突变与癌症有关,因此可能意味着肿瘤的存在。

“这种混乱的局面是新的常态。”Tomasetti说,“现在的挑战是找出我们称之为正常的点。”(生物谷Bioon.com)

 

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