“基因魔剪”給癌細胞打上獨特標記 繪制癌細胞演化圖譜

據最新一期《科學》雜志報道，美國科學家使用CRISPR基因編輯技術，給每個癌細胞打上獨特標記，繪制出一個詳細的癌細胞演化圖譜。新研究不但更清晰地描述了癌癥轉移背后的動態(tài)過程，而且發(fā)現了促進癌細胞轉移的“熱點”基因和“中轉樞紐”。

當癌癥僅限于體內某個部位時，通常可以通過手術或其他方法來治療。然而，與癌癥有關的大部分死亡由癌細胞在全身的轉移造成。轉移的確切時刻非常短暫，常常淹沒在腫瘤中發(fā)生的數百萬次分裂中。這些事件通常無法實時監(jiān)測。

在新研究中，研究人員使用了人類KRAS突變型肺癌小鼠模型，并用編碼Cas9蛋白的基因改造了癌細胞。當小鼠體內的癌細胞不斷分裂增殖時，Cas9在目標DNA位點進行不斷剪切，而癌細胞的DNA修復機制會不斷修補這些缺口，它會修補或刪除一些隨機的核苷酸，從而形成被稱為“插入/缺失”(indel)的獨特修復序列。這些序列會隨著細胞的分裂一代代地傳遞下去，成為每個癌細胞攜帶的獨特標記。

這種剪切和修復幾乎在每一代中都是隨機發(fā)生的，由此可以畫出非常精細的癌細胞演化圖譜——顯示轉移的癌細胞在體內的擴散路徑和方向。

研究人員發(fā)現，這些癌細胞盡管來自同一細胞系，但在移植后轉移的路線不同。對此，研究人員認為，隨著原始癌細胞系經過多代分裂，癌細胞似乎發(fā)展出了不同的轉移特性。

有的癌細胞和它的所有后代都只在一個組織中出現，這意味著它們沒有發(fā)生轉移;而另一些癌細胞的后代則在多個組織中出現。

研究人員開始在這些具有不同轉移特性的癌細胞系中尋找差異表達基因。通過單細胞RNA測序，研究人員在比較了具有不同轉移潛力的癌細胞的基因表達圖譜后發(fā)現，IF127和REG4等基因的高度表達與高轉移潛力相關;而KRT17和RPS4Y1等基因的表達與低轉移潛力相關。研究團隊通過敲除或過表達KRT17基因，證明該基因實際上控制了腫瘤的侵襲性。

能夠以這種方式識別與轉移相關的基因可以幫助研究人員回答有關腫瘤如何進化和適應的問題。參與研究的麻省理工學院教授喬納森·魏斯曼說：“這是一種觀察腫瘤行為和進化的全新方法。”

利用癌細胞演化圖譜，研究人員還發(fā)現了癌細胞轉移行為的特定特征。許多癌細胞轉移的第一步是從肺部轉移到縱隔淋巴組織這個“中轉樞紐”，這表明在小鼠模型中，這一部位與癌細胞向體內擴散密切相關。

魏斯曼博士表示，這些“中轉樞紐”的發(fā)現在抗癌療法開發(fā)方面具有重要意義。“如果你把癌癥治療的重點放在這些部位，你就可以第一時間延緩或者預防癌癥轉移的發(fā)生。”(馮衛(wèi)東)