Science子刊：重磅！一种新型系统能在3小时内对染色体端粒进行准确分析！

2020年9月22日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Science Advances上题为“Massively parallel single-molecule telomere length measurement with digital real-time PCR”的研究报告中，来自新加坡国立大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新型系统，其能在3小时内完成对端粒的准确分析。我们都知道，鞋带儿末端的塑料帽能防止鞋带过早磨损，而端粒是位于染色体末端，也具有鞋带塑料帽类似功能的重复DNA序列，其能保护遗传物质不受基因组的不稳定的影响，从而帮助预防癌症并调节机体的衰老过程。

图片来源：The Conversation

我们机体的细胞每次分裂时，端粒都会缩短，其就好像细胞的分子时钟一样，随着年龄的增长而逐渐缩短，额准确测量这些端粒的数量和长度就能为研究人员提供重要的信息，判断细胞是否处于正常老化的状态，或者异常状态（提示癌症的风险）。为了开发出一种创新性的方法来诊断端粒的异常，研究人员通过研究开发出了一种新方法，其能在不到3小时的时间里准确测定单个端粒的绝对长度，这种独特的端粒分析方法能从微量的DNA中处理多达48个样本。

研究者Cheow教授表示，我们的创新性技术能够大大提高我们的诊断速度，同时也为年龄相关的疾病和癌症提供关键的端粒信息，这种在临床上能准确分析端粒特性的可靠工具或能为患者提供更加精准的治疗。在临床中传统的端粒测定方法往往需要熟练的操作人员，而且这些方法也缺乏需要准确诊断或确定端粒异常要的单个端粒长度和数量的精确信息。

为了克服端粒分析中所遇到的主要技术障碍，研究人员开发了一种名为STAR的独特分析系统，即单一端粒绝对长度快速测定技术（STAR assay，Single Telomere Absolute-length Rapid assay）。基于这种系统，研究者首先将单个端粒分析分布到微流体芯片的数千个纳米室中，随后在所有小室中以大规模并行的方式进行单个端粒分子的PCR反应，这样一来，每个纳米室的PCR扩增动力学就能够反应端粒的重复数，而端粒的重复数则与单个端粒分子的长度直接相关。

利用研究人员所开发的新方法，他们就能准确确定癌细胞中端粒的维持机制，并能在测定过程中获得高水平的详细信息，被端粒替代性延长（ALT）途径所激活的癌症患者往往预后表现不良，比如特定肉瘤和胶质瘤疾病患者，而这与端粒长度高于平均水平及较高比例的临界短端粒有关，此外，癌细胞中也拥有端粒分子的额外拷贝。为了测试这种新方法，研究人员通过联合研究进行了相关验证，因为诸如ALT等端粒改变机制往往在诸如肉瘤、神经系统肿瘤等肿瘤中进行了更好地研究，而这些肿瘤在儿童群体中发病率较高，研究人员指出，STAR检测技术能有效诊断儿童神经母细胞瘤患者的ALT状态，其也能作为这类癌症患者的预后指标。

图片来源：National University of Singapore

癌细胞会利用一种修饰的机制来异常修饰并维持端粒的长度，并以此作为一种手段来不断持续生长，诸如ALT等机制则能被诸如神经母细胞瘤所利用，神经母细胞瘤是一种发源于机体多个神经部位的癌症，是儿童中最常见的实体恶性肿瘤，研究者Amos Loh教授表示，此前诸如ALT等端粒异常机制很少被认识，最近研究人员发现其或能作为指示神经母细胞瘤的风险标志物，由于携带端粒异常的神经母细胞瘤患者往往预后较差，因此这种分析端粒的新方法或能帮助研究者快速识别患者机体的ALT途径，从而更好地分析患者的预后状况。

研究者指出，快速的工作流程、可扩展性和单分子分辨率等技术的结合使得这种新型系统能够利用端粒长度的分布作为指示疾病进展的生物标志物，这对于在临床时间尺度上诊断维持端粒的机制，并确定患者的个性化治疗或预防策略至关重要；后期研究人员还将基于本文研究成果扩展这种新型STAR检测平台，使其能适用于医院环境，并促进对年龄相关疾病的诊断。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Yongqiang Luo， Ramya Viswanathan， Manoor Prakash Hande， et al. Massively parallel single-molecule telomere length measurement with digital real-time PCR， Science Advances (2020). DOI：10.1126/sciadv.abb7944

【2】Researchers develop new system to conduct accurate telomere profiling in less than 3 hours

by National University of Singapore