Science:人类迎来目前最为全面的癌症染色质可及性图谱

科学
Science:人类迎来目前最为全面的癌症染色质可及性图谱
麻省理工科技评论 2018年11月8日

2018年11月8日

肿瘤在世界范围内导致人类死亡的首要原因之一
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肿瘤在世界范围内导致人类死亡的首要原因之一

肿瘤在世界范围内导致人类死亡的首要原因之一,尤其是随着医疗水平的发展,人类的寿命的不断延长,癌症逐渐成为威胁人类健康的首要因素。目前研究人员仅仅对只占人类基因组 2% 的编码基因进行了较为深入的研究,而对占人类基因近乎 90% 以上非编码基因的研究尚为浅显。随着近几年表观遗传学的发展,研究人员发现,在先前研究中并不重要的非编码基因其实在基因表达过程中起到至关重要的调节作用。通过对部分肿瘤的研究,研究人员发现表观遗传学在肿瘤发生、增殖和转移过程中均发挥极其重要的调节作用。

Science:人类迎来目前最为全面的癌症染色质可及性图谱

图|人类肿瘤表观遗传学图谱刊登于 Science 首页(来源:The chromatin accessibility landscape of primary human cancers)

癌症基因组图谱(TCGA)组织致力于加快肿瘤分子机制的研究,该组织在全球范围内收集了大量与人类肿瘤组织相关的 DNA 突变,DNA 甲基化,组蛋白修饰、非编码 RNA 调控等分子生物学信息。来自斯坦福大学的 Howard Y. Chang 教授的研究团队利用 TCGA 中的 410 个肿瘤样本的测序结果绘制了目前最为全面的癌症染色质可及性图谱,通过这一图谱我们可以清楚地知道表观遗传学对基因的调控位点及其调控机制。这项研究的最新成果发表于 10 月 26 日的 Science 杂志。

癌症是一种基因“出错”导致疾病。为了了解这些有害基因的来源,研究人员不得不从细胞核内部研究细胞转录的整个过程。当细胞获取基因中编码的信息并通过信使 RNA(mRNA)的形式转递遗传信息时,就会发生称之为转录的过程。细胞核内的 DNA 就像一条常常的线缠绕在某些蛋白质上,形成一种称为染色质的线状结构,染色质进一步盘绕形成一个更大的结构,称为染色体。由于这种卷曲,细胞的转录过程仅能发生于特定的染色质序列当中。当转录因子找到染色质的编码基因时,该区域发生 DNA 双链的解链过程,进而产生转录。然而,在癌症的发生过程中,转录过程发生故障,导致某些不应该表达的基因被激活。

为了准确了解在这一关键阶段所出现的问题,Howard Y. Chang 教授的研究团队使用来自癌症基因组图谱的 410 个肿瘤样本,这其中囊括了 23 种不同种类的癌症,并且使用一种称为 ATAC-seq 的测序技术对这些样本进行转座可及性检测。Howard Y. Chang 教授解释到,“当基因序列发生突变时,便会为某个转录因子提供额外的附着位点,一旦转录因子结合到这一额外的位点便会影响这一突变基因的转录过程,并最终诱导癌症的发生”。当研究小组对癌组织进行 ATAC-seq 测序时,他们发现染色质的突变导致了一个新蛋白质结合位点的产生,这一位点与邻近基因活性的表达增加密切相关,而该基因又是调节细胞大小,运动和形状的关键基因,因此所有这一系列因素导致了最终癌症的产生与发展。

虽然研究小组的研究结果尚未应用于临床当中,但研究人员认为,他们的工作将有助于更好地提高癌症患者抗癌治疗的疗效,同时更有助于其他研究者对肿瘤产生机制的理解并帮助其开发更为有效的抗癌药物。

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