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Science:人類迎來目前最為全面的癌症染色質可及性圖譜


- 2018年11月08日06時26分
- 科學文摘 / DeepTech深科技

DeepTech深科技

腫瘤在世界範圍內導致人類死亡的首要原因之一,尤其是隨著醫療水平的發展,人類的壽命的不斷延長,癌症逐漸成為威脅人類健康的首要因素。目前研究人員僅僅對只占人類基因組 2% 的編碼基因進行了較為深入的研究,而對占人類基因近乎 90%

以上非編碼基因的研究尚為淺顯。隨著近幾年表觀遺傳學的發展,研究人員發現,在先前研究中並不重要的非編碼基因其實在基因表達過程中起到至關重要的調節作用。通過對部分腫瘤的研究,研究人員發現表觀遺傳學在腫瘤發生、增殖和轉移過程中均發揮極其重要的調節作用。

圖|人類腫瘤表觀遺傳學圖譜刊登於 Science 首頁(來源:The chromatin accessibility landscape of primary human cancers)


癌症基因組圖譜(TCGA)組織致力於加快腫瘤分子機制的研究,該組織在全球範圍內收集了大量與人類腫瘤組織相關的 DNA 突變,DNA 甲基化,組蛋白修飾、非編碼 RNA 調控等分子生物學信息。來自史丹福大學的 Howard Y. Chang 教授的研究團隊利用 TCGA 中的 410

個腫瘤樣本的測序結果繪製了目前最為全面的癌症染色質可及性圖譜,通過這一圖譜我們可以清楚地知道表觀遺傳學對基因的調控位點及其調控機制。這項研究的最新成果發表於 10 月 26 日的 Science 雜誌。

Science:人類迎來目前最為全面的癌症染色質可及性圖譜圖片

圖|410 個樣本繪製 23 種癌症的染色質可及性圖譜(來源:The chromatin accessibility landscape of primary human cancers)

癌症是一種基因「出錯」導致疾病。為了了解這些有害基因的來源,研究人員不得不從細胞核內部研究細胞轉錄的整個過程。當細胞獲取基因中編碼的信息並通過信使 RNA(mRNA)的形式轉遞遺傳信息時,就會發生稱之為轉錄的過程。細胞核內的 DNA

就像一條常常的線纏繞在某些蛋白質上,形成一種稱為染色質的線狀結構,染色質進一步盤繞形成一個更大的結構,稱為染色體。由於這種捲曲,細胞的轉錄過程僅能發生於特定的染色質序列當中。當轉錄因子找到染色質的編碼基因時,該區域發生 DNA 雙鏈的解鏈過程,進而產生轉錄。然而,在癌症的發生過程中,轉錄過程發生故障,導致某些不應該表達的基因被激活。


圖|各類癌症中不同各種突變的蓄積圖譜(來源:The chromatin accessibility landscape of primary human cancers)

為了準確了解在這一關鍵階段所出現的問題,Howard Y. Chang 教授的研究團隊使用來自癌症基因組圖譜的 410 個腫瘤樣本,這其中囊括了 23 種不同種類的癌症,並且使用一種稱為 ATAC-seq 的測序技術對這些樣本進行轉座可及性檢測。Howard Y. Chang


教授解釋到,「當基因序列發生突變時,便會為某個轉錄因子提供額外的附著位點,一旦轉錄因子結合到這一額外的位點便會影響這一突變基因的轉錄過程,並最終誘導癌症的發生」。當研究小組對癌組織進行 ATAC-seq

測序時,他們發現染色質的突變導致了一個新蛋白質結合位點的產生,這一位點與鄰近基因活性的表達增加密切相關,而該基因又是調節細胞大小,運動和形狀的關鍵基因,因此所有這一系列因素導致了最終癌症的產生與發展。

圖|基因印記技術可明確染色質的可及性(來源:The chromatin accessibility landscape of primary human cancers)

雖然研究小組的研究結果尚未應用於臨床當中,但研究人員認為,他們的工作將有助於更好地提高癌症患者抗癌治療的療效,同時更有助於其他研究者對腫瘤產生機制的理解並幫助其開發更為有效的抗癌藥物。


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