3D基因組結構改變也會影響癌癥發展

根據發表在《科學進展》和《基因組生物學》上的兩項西北醫學研究，科學家們首次研究了患者基因組的三維（3D）結構，如何導致膀胱癌和小兒腦腫瘤。在每個細胞內，兩米長的DNA需要正確折疊和組織，以便它可以放入細胞核內，細胞核的直徑通常只有幾微米。

在許多情況下，當整個基因組展開時，DNA會形成“環”，將通常相距很遠的基因組元素聚集在一起。據Duane和SusanBurnham分子醫學教授、基因組生物學研究的資深作者和合作者馮岳博士說，其中一些循環會導致有害的癌基因激活，這些研究有助于確定新的治療機會。ScienceAdvances研究的資深作者。

“癌癥基因組的獨特3D結構，可以幫助我們研究生物標志物和治療的目標，”Yue說，他也是病理學的生物化學和分子遺傳學副教授兼癌癥基因組學中心主任，西北大學RobertH.Lurie綜合癌癥中心。

染色質環影響膀胱癌

根據發表在GenomeBiology上的一項研究，染色質的3D結構會影響膀胱癌的進展。肌層浸潤性膀胱癌有兩種主要亞型：基底癌和管腔癌。管腔癌的侵襲性較低，而基底癌會侵入附近的組織并與較差的生存率相關。據Yu說，膀胱癌的兩種亞型具有獨特的基因表達譜和表觀遺傳特征，可用作生物標志物，他也是醫學增強智能研究所高級分子分析中心的主任。

“通過測量這個特征，你可以估計他們的疾病結果是好還是壞，”岳說。在這項研究中，Yue和他的合作者對每個亞型的多個患者樣本中的表觀基因組特征和染色質環，進行了剖析和分析，定義了一個獨特的監管特征。Yu說，這些環通常將遠處的調節因子帶到它們的目標基因上，每個亞型都有特定的環來調節該亞型中的關鍵癌基因。

“他們需要在3D空間中相互聯系并相互交談，”岳說。從這些發現中，科學家們確定了7，000多個表觀遺傳調控元件，為每個亞型建立了表觀遺傳譜。

此外，科學家們還發現了一種新的調控基因，名為NPAS2，與luminal亞型高度相關。NPAS2高表達的患者存活率更高，這種調節劑可以用作生物標志物來確定治療過程，甚至可能嘗試改變疾病進展。“我們可能能夠操縱NPAS2和其他關鍵調節因子，以便我們可以誘導癌癥亞型轉換，這將對癌癥患者的預后和治療產生深遠的影響，”岳說。“這就是我們現在正在做的事情。”

異常循環助長腦癌

發表在《科學進展》上的這項研究的作者稱，異常的染色質環與彌漫性內源性腦橋膠質瘤（DIPG）相關，這是一種致命的小兒腦癌。該研究的主要作者，是Driskill生命科學研究生項目（DGP）的三年級學生JuanWang。

大多數情況下，染色質凝聚在細胞核內，在細胞分裂過程中，染色質被解包以促進DNA復制和基因表達。但是，在“拆包”過程中保留了一些三維度。

在正常細胞中，存在這些相互作用或染色質環的基線數量。但是在檢查DIPG細胞時，研究人員發現了更多的循環事件。值得注意的是，他們測量了被弄皺的DNA與開放讀取的DNA比例的變化。從本質上講，他們發現DNA被不必要地從“儲存”中取出，導致新的基因相互作用，從而導致癌癥。

研究人員，使用一種抑制某些表觀遺傳信號的小分子藥物，發現帶有抑制劑的DIPG細胞經歷了更少的環和有害基因的表達減少，這表明該途徑可能已經成熟，可以進行治療干預。