「Science」深入認(rèn)識基因組和表觀基因組，將有助于預(yù)防、診斷和治療癌癥

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作者：Tiffany

導(dǎo)讀：癌癥是惡性腫瘤的統(tǒng)稱，它屬于一大類疾病。它的特征為異常細(xì)胞的失控生長，并且可以由原發(fā)部位向他處發(fā)生播散。它的發(fā)生和播散如果不能有效控制，將侵犯到身體內(nèi)的心、肝、脾、腎等重要臟器，引起這些臟器功能的損害，最終導(dǎo)致功能衰竭，最后導(dǎo)致患者死亡。癌癥的發(fā)生是一個復(fù)雜、多階段的過程，由于內(nèi)源性、外源性致癌因素的長期作用于機(jī)體，機(jī)體內(nèi)的組織細(xì)胞發(fā)生了無休止和無序的分裂，并且最終具有了侵襲性和轉(zhuǎn)移性，最終形成新生物。最近，有一組科學(xué)家對癌癥的病發(fā)機(jī)制展開了進(jìn)一步探討......

2020年，大約有1000萬人因為癌癥喪失了他們寶貴的生命。這種致命疾病是由我們DNA的種種變化引起的。

科學(xué)家首次公布人類基因組序列，距今已經(jīng)20年了。繼這一重大成就之后又有了重大的技術(shù)進(jìn)步屢屢出現(xiàn)，讓我們能夠更便捷并極其詳細(xì)地讀取DNA的層層信息，包括從細(xì)胞癌變時DNA發(fā)生的第一次變化，到晚期腫瘤的復(fù)雜微環(huán)境。

現(xiàn)在，為了加快對癌癥患者的篩查、發(fā)現(xiàn)和診斷，我們需要運(yùn)用新的方法來整合我們生成的不同類型的復(fù)雜數(shù)據(jù)，為癌癥進(jìn)化提供新的生物學(xué)見解。

他們將這一研究成果發(fā)表在《Science》雜志一篇題目為“Mapping genomic and epigenomic evolution in cancer ecosystems”的文章中：

作者和兩位同事：日本國家癌癥中心研究所表觀基因組學(xué)部門主任Toshikazu Ushijima教授、新加坡基因組研究所的執(zhí)行主任Patrick Tan教授，對他們目前可以從復(fù)雜的DNA分析中獲得的癌癥見解進(jìn)行了一番回顧和細(xì)致分析，并精確地定義了他們需要應(yīng)對的未來挑戰(zhàn)，從而為患者病情帶來進(jìn)一步治療和改善。

我們DNA的復(fù)雜性

許多人把我們的DNA，也就是我們的基因組，想象成簡單的一串字母。事實上，許多層次的信息，即表觀基因組，能夠完全改變它的活性。我們的基因組可以與地球上不同的地理環(huán)境相比較，就像山脈、島嶼和海洋都是由相同的基本元素組成的這個道理一樣，我們的As、Ts、Gs和Cs基因序列構(gòu)成了我們細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜結(jié)構(gòu)基本特征。

這些地理環(huán)境是由我們的表觀基因組，也就是額外的信息層創(chuàng)造的，包括附在我們DNA上的化學(xué)標(biāo)記(稱為DNA甲基化)和包裹DNA的蛋白質(zhì)(組蛋白)的化學(xué)變化，它們共同協(xié)調(diào)了DNA在我們細(xì)胞內(nèi)的三維組織方式。

我們的基因組和表觀基因組都在癌癥生命周期中進(jìn)化，我們需要了解這些復(fù)雜的變化，以改善癌癥的風(fēng)險評估，并加快對患者的治療發(fā)現(xiàn)。

從癌癥的形成到轉(zhuǎn)移

以前人們認(rèn)為，基因的變化足以導(dǎo)致癌癥，但現(xiàn)在越來越清楚的是，基因組和表觀基因組的變化在癌癥進(jìn)化中共同發(fā)揮著重要作用。例如，有證據(jù)表明，隨著年齡增長DNA甲基化發(fā)生的變化可以使細(xì)胞易于發(fā)生致癌的基因變化。

再以吸煙為例，在基因變化和肺癌被檢測出來之前，科學(xué)家已經(jīng)觀察到肺部細(xì)胞的DNA甲基化變化。為了進(jìn)一步了解探索關(guān)于致癌的新見解，我們需要繪制基因組和表觀基因組變化的精確順序。

作者也逐漸意識到，雖然癌癥可以累積遺傳變化，但表觀基因組也會隨著癌癥從原發(fā)性腫瘤過渡到轉(zhuǎn)移性腫瘤而進(jìn)行“重新編碼”，最終可能會對治療產(chǎn)生耐藥性。了解這些變化可能會導(dǎo)致新的治療靶點(diǎn)，從而對晚期癌癥進(jìn)行更精確的治療。

先進(jìn)技術(shù)為我們帶來新的見解

癌細(xì)胞與其他不同類型的細(xì)胞（其中包括免疫細(xì)胞和被稱為基質(zhì)細(xì)胞的結(jié)締組織細(xì)胞)共同生活在腫瘤生態(tài)系統(tǒng)中。今天，先進(jìn)的成像和單細(xì)胞技術(shù)正在以前所未有的分辨率幫助我們將這些細(xì)胞、基因組和表觀基因組的變化在腫瘤的三維背景下繪制出來。這一組研究人員正在Garvan- weizmann細(xì)胞基因組學(xué)中心運(yùn)用他們的活體顯微鏡設(shè)備進(jìn)行這些研究和分析。

許多國際研究聯(lián)盟，包括人類腫瘤圖譜網(wǎng)絡(luò)和英國癌癥研究大挑戰(zhàn)項目已經(jīng)建立，以在單細(xì)胞和空間水平上研究癌癥。然而，這些聯(lián)盟將不得不處理數(shù)據(jù)集成方面的巨大挑戰(zhàn)。在當(dāng)今全球化的研究環(huán)境中，我們需要全球標(biāo)準(zhǔn)化的方法來整合來自不同分析技術(shù)和實驗室的數(shù)據(jù)。如果深入了解在癌癥形成和發(fā)展過程中DNA的完全整合和細(xì)胞所發(fā)生的變化，那么這會更好地指導(dǎo)他們?nèi)绾胃玫卦\斷、治療和預(yù)防癌癥。

大數(shù)據(jù)時代的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在過去的20年里，科學(xué)家研發(fā)出了一種技術(shù)，這種技術(shù)手段輔助我們有效地證明了我們的基因組和表觀基因組遠(yuǎn)比我們想象的要復(fù)雜得多。我們正處在一個重要的時刻，一個新的癌癥見解將產(chǎn)品將從解決由復(fù)雜多樣的測序和想象數(shù)據(jù)集產(chǎn)生數(shù)學(xué)問題的關(guān)鍵時刻。

先進(jìn)的技術(shù)使科學(xué)家能夠產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。但現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)整合——人類根本無法一時消化我們提供的所有信息。這一挑戰(zhàn)將由人工智能解決，這是他們需要結(jié)合計算專業(yè)知識，以創(chuàng)新的方式查看和建模數(shù)據(jù)。

科學(xué)家在未來將面臨的另一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是：如何將基本的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為實際的臨床應(yīng)用。如果他們對導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)癌癥形成的多個步驟都有精確的理解，那么就會讓他們對癌癥風(fēng)險的篩查和早期發(fā)現(xiàn)做出有效的改進(jìn)。在未來，對遺傳和表觀遺傳特征的研究可能會幫助他們從環(huán)境中完全去除致癌物和致癌的過程。

對于晚期癌癥，整合DNA分析這種方法可能有助于查明被忽視的癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移機(jī)制，這可能是治療癌癥、防止它惡化的一個有希望的靶點(diǎn)。

從遺傳學(xué)家和表觀遺傳學(xué)家的角度來看，整合他們的數(shù)據(jù)來研究癌癥的挑戰(zhàn)與模擬氣候變化的挑戰(zhàn)沒有什么區(qū)別。他們需要從不同來源的大量數(shù)據(jù)的信息中進(jìn)行組合和背景分析從而構(gòu)造出一個氣候模型，以預(yù)測地球的未來?；蚪M學(xué)和表觀基因組學(xué)也是如此，需要了解當(dāng)細(xì)胞癌變時不同層次的DNA信息是如何協(xié)同作用從而引發(fā)“氣候變化”對細(xì)胞的極大破壞。

參考資料:

https://medicalxpress.com/news/2021-09-insights-genome-epigenome-cancer.html

注：本文旨在介紹醫(yī)學(xué)研究進(jìn)展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導(dǎo)，請至正規(guī)醫(yī)院就診。

「Science」深入認(rèn)識基因組和表觀基因組，將有助于預(yù)防、診斷和治療癌癥

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