与健康的细胞相比,癌细胞就如同一团乱麻,常常有额外的染色体、异常的外形、以及其他奇怪的特征。目前,科学家发现了一个似乎是癌细胞所特有的奇怪特征:较长的重复RNA延伸区,称之为卫星。初步研究表明,卫星产生于癌症发生的早期,此项发现可能最终能够帮助及早发现癌症。
“这是一项非常有趣和刺激的发现,”丹纳-法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute)的儿科肿瘤学主任斯图亚特·奥金(Stuart Orkin)说。他没有参与到此项研究中。“这一研究发现表明,癌细胞在基因表达过程中存在的大规模变异。之前这一点则未能认识到。这说明癌细胞中的染色质 [组成染色体的大量DNA和蛋白质] 和基因表达在整体形式上是多么的混乱。”
丁大卫(David Ting),丹尼尔·哈伯(Daniel Haber)以及马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)的合作者们,在丁进行肿瘤细胞RNA研究的期间偶然发现了这种标记。一般来说,DNA上的基因编码经转录进RNA,而后RNA被翻译成蛋白质。但廷对癌细胞中RNA分子的外形十分困惑,其序列与基因并不一致。他发现,这些序列反而与卫星序列是一致的——DNA重复延伸序列,被转录产生RNA,但从不翻译成蛋白质。
“我们惊奇的发现,与正常组织相比,(卫星) 在肿瘤组织的表达量十分庞大。”丁说。在老鼠和人类的癌变组织中进行的后续实验均显示:在类型不同的肿瘤中,都存在高水平的卫星序列,包括肺癌、肾癌、卵巢癌、前列腺癌以及胰腺癌。
“这是一个非常吸引人的发现,因为单一类群的[DNA]在不同类型的癌症中高度一致表达的研究发现,是史无前例的。”约翰·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)西德尼·凯米尔癌症综合中心(Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center)的肿瘤与病理学教授波特·沃格斯坦(Bert Vogelstein)说。“在他们实际检查的每一种癌症中都是如此。”
尽管在多年以前,科学家们就知道在基因组中存在着卫星重复序列——大约占基因组的5%——它们在健康细胞中所起的作用还尚未可知。“有很长的一段时间,人们忽略了卫星重复序列,认为它是残余DNA,”丁说。事实上,大多数的DNA序列分析软件在设计时,就将这些延伸序列排除在分析内容以外了,他说。
科学家们很清楚,卫星在胎儿发育期就开始表达了,而它们的作用被认为是帮助染色体进行正常的分离。癌细胞和胚胎细胞的相似性——都能够大规模的进行扩增——可能暗示了卫星在癌变中所起的作用。丁说:“通过某种方式,癌细胞获得了一条倒退的途径,在早期发育阶段劫持了一个程序,用于恶意使用。”
然而,研究者现在还不能确定在癌症产生的过程中,卫星是否起着关键的作用,还是仅仅反映了其他的致癌过程。可能就类似于这种情况:例如,前列腺特异抗原(PSA),即在前列腺癌中大量存在的前列腺特异抗原,但它们在致癌的过程中并不起作用。不论是哪种情况,研究者都期望此重复序列能够为癌症诊断提供新的生物标记。
如果科学家能够证明,卫星表达仅高度集中于成熟组织的癌细胞中,他们便能够利用很少量的组织,例如穿刺活检采集的细胞,准确地进行癌症诊断。丁的研究组已经完成了胰腺癌细胞的一些初步检验,这些胰腺癌细胞就是通过穿刺活检采集的。利用锚定在卫星序列上的荧光标记探针,“你可以看到癌细胞亮了起来,而非癌细胞则没有,”丁说。目前,细胞的病理分析主要基于细胞在显微镜下的形态,评定结果有可能差异很大。
在胰腺癌细胞之前,丁的研究组在一种癌症前期细胞中也发现了高度集中的卫星序列。“这表明在癌症形成的过程中,卫星的表达启动是比较早的。”丁说。假如是这样的话,他希望卫星能够用于及早的发现癌症。“现在,我们正在设法从所有癌症的角度入手。在其他癌症中,这种现象存在的比例如何?似乎是普遍存在的,但是我们没有确切的数据。”
研究者表示,由于他们使用的测序仪器不同,因此能够将这个发现分成几部分。其中一种测序仪是海力克斯生物科学公司(Helicos Biosciences)的产品,该测序仪能够读取单分子DNA和RNA,使科学家能够统计样品中RNA分子的数量。市场上的其他测序仪,在测序之前,大部分都必须先要复制扩增用于研究的RNA或DNA分子。
丁说,他希望其他科学家能够开始在他们自己的样品中寻找卫星序列。“我们认为,这一发现是通往癌症研究新领域的开端。”他说。
癌症新标识:卫星基因
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