許多細胞都包含有癌癥相關(guān)的基因，但是它們卻永遠不會變成腫瘤，這到底是為什么呢？近期來自波士頓兒童醫(yī)院的研究人員利用一種熒光報告基因解析了為何細胞會被激活進入類似干細胞的基因表達模式，這種新型可視化技術(shù)為了解癌癥的起源提供了新工具。

 

發(fā)表期刊：這一研究成果公布在1月29日的Science雜志上。

 

簡介與評論：

 

文章作者，波士頓兒童醫(yī)院的Charles Kaufman表示，“癌癥的一個未解之謎就在于體內(nèi)的一些細胞為什么已經(jīng)出現(xiàn)了癌癥中可見的突變，但是其行為卻完全不像是癌細胞。我們發(fā)現(xiàn)癌癥的最開始是在一個促癌基因被激活，或者一個抑癌基因丟失之后發(fā)生的，這其中包含有單個細胞退回到干細胞狀態(tài)這樣一個變化過程。”

 

研究人員聚集于一種脊椎動物基因：crestin，這種基因正常情況下只在神經(jīng)祖細胞(neural progenitor cells)中表達，神經(jīng)祖細胞會在胚胎發(fā)生過程中分化成多個其它類型細胞，不過crestin也會在黑色素瘤腫瘤細胞中表達，因此可以作為癌癥發(fā)生的一個明顯標(biāo)記物。

 

研究人員將一個crestin熒光報告基因注入到攜帶黑色素瘤基因突變的透明斑馬魚中，從而能觀測到癌變前細胞激活基因表達類干細胞模式的那一瞬間。

 

“每次我們都會在斑馬魚上看到一個綠色的點，”文章的另外一位作者，波士頓兒童醫(yī)院的Leonard Zon說，“當(dāng)我們跟蹤這些點時，就會發(fā)現(xiàn)它們都會變成腫瘤。”

 

“這是這一研究領(lǐng)域的一大重要進展，”美國桑福德-伯納姆醫(yī)學(xué)研究所所長Ze’ev Ronai表示，“研究人員提出了強有力的證據(jù)，證明了這一路徑是正確的。”

 

目前研究組成員正嘗試了解這一路徑中基因表達的調(diào)控開關(guān)，同時Dana-Farber癌癥研究所的Kornelia Polyak 也表示這將有助于研發(fā)黑色素瘤靶向藥物。

 

她說，“到底是什么刺激令百萬細胞中的那個細胞發(fā)生了癌變呢？是什么促發(fā)了它，又為什么發(fā)生率如此低呢？這是如何發(fā)生的呢？”

 

基本原理：

 

大多數(shù)良性痣中都攜帶一種稱為BRAFV600E的突變，但很少會轉(zhuǎn)變成黑色素瘤。在這項研究中，研究人員采用了一種攜帶人體BRAFV600E突變的斑馬魚黑色素瘤模型，這種突變是由黑色素瘤特異性mitfa啟動子驅(qū)動的。由于斑馬魚中缺少抑癌基因p53，因此會在數(shù)個月時間里生長出黑色素瘤來。

 

斑馬魚的crestin基因會在胚胎發(fā)育時期由神經(jīng)祖細胞表達，而且會在黑色素瘤腫瘤中再次特異性表達，從而使這種斑馬魚模型成為了追蹤黑色素瘤起源發(fā)生的最理想模型之一。

 

研究結(jié)果：

 

研究人員對活體斑馬魚進行實時成像，追蹤黑色素瘤的發(fā)生，他們研發(fā)了一種crestin：EGFP報告基因，在crestin基因開啟時，單個細胞會發(fā)出綠色熒光，這樣就能激活干細胞基因表達，這種特殊的程序按道理是在胚胎發(fā)育后就關(guān)閉了，但是在黑色素瘤細胞中會重啟開啟。

 

研究人員發(fā)現(xiàn)在斑馬魚胚胎發(fā)育期間，crestin等被激活基因都是以同樣的方式被打開的，也就是說當(dāng)癌基因被激活或抑癌基因缺失時，正常組織會開始準備轉(zhuǎn)變成癌組織，但只有當(dāng)組織中的某個細胞退回到胚胎發(fā)育階段，開始基因表達，才會癌變。

 

結(jié)論：

 

這項研究采用了特殊的斑馬魚黑色素瘤模型，以及體內(nèi)NCP報告基因，深入解析了癌細胞從最開始的整個過程，表明了NCP狀態(tài)重現(xiàn)在黑色素瘤開始階段的重要作用。因此癌癥發(fā)生除了需要促癌基因和抑癌基因的遺傳突變之外，也需要祖細胞狀態(tài)重現(xiàn)，而且后者也許是一種腫瘤形成的限速步驟。

 

研究人員表示這些DNA元件在斑馬魚和人類黑色素瘤中是類似的，因此可以利用這些工具了解黑色素瘤靶向作用，研發(fā)新型癌癥靶向藥物。

 

技術(shù)與方法：

 

Tol2Kit

 

這是著名科學(xué)家錢其斌2007年開發(fā)的一種重要方法。這解決了斑馬魚轉(zhuǎn)基因研究領(lǐng)域存在的如何快速有效地構(gòu)建出轉(zhuǎn)基因載體，以及如何有效地增進轉(zhuǎn)基因的繼代遺傳率兩大難題。

 

其原理主要是利用Gateway基因重組技術(shù), 可以在一次的反應(yīng)之中將基因啟動子、轉(zhuǎn)基因與3’ polyA signal串接起來。此外, 在轉(zhuǎn)基因載體的兩端由于又加上了來自稻田魚的Tol2 轉(zhuǎn)位子反向重復(fù)序列, 當(dāng)與Tol2 轉(zhuǎn)位子mRNA共同注射時, 可以大大地增進轉(zhuǎn)基因的繼代遺傳率。

 

Bowtie：

 

Bowtie是一個超級快速的，較為節(jié)省內(nèi)存的短序列拼接至模板基因組的工具。它在拼接35堿基長度的序列時，可以達到每小時2.5億次的拼接速度。Bowtie并不是一個簡單的拼接工具，它不同于Blast等。它適合的工作是將小序列比對至大基因組上去。它最長能讀取1024個堿基的片段。