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无序的DNA帮助癌细胞逃避治疗

无序的DNA帮助癌细胞逃避治疗

人体的每个细胞都有长达两米的DNA。为了让DNA适应细胞核——一个只有百分之一毫米大小的舒适空间——它需要被压缩得非常紧密。

美国西北大学的一项新研究发现,被称为染色质的三维基因组结构的包装控制着细胞对压力的反应。当染色质堆积不均质和无序时,细胞表现出更强的可塑性。当包装整齐有序时,细胞对外界压力的反应就不那么容易了。

这一发现带来了好消息和坏消息。

坏消息是:这意味着肿瘤细胞无序排列更容易适应和逃避治疗,如化疗。好消息是:现在研究人员有了这些信息,他们可以开发针对染色质包装的新的癌症疗法。通过抑制癌细胞的适应能力,这些细胞变得更容易受到传统疗法的影响。

“癌细胞是变化的主人,”西北大学的瓦迪姆·巴克曼说,他是这项研究的负责人之一。“他们必须不断适应,以逃避免疫系统、化疗或免疫疗法。异常的染色质堆积会促使癌细胞产生这种能力。”

这项研究将于2020年1月8日发表在《科学进展》杂志上。

贝克曼是西北大学麦考密克工程学院生物医学工程的沃尔特·迪尔·斯科特教授。在麦考密克,他与克里斯蒂娜·恩罗特-库格尔(Christina enros - cugell)生物医学工程教授伊戈尔·斯雷弗(Igal Szleifer)共同领导了这项研究。

无序的DNA帮助癌细胞逃避治疗

染色质由DNA、RNA和蛋白质组成,它决定哪些基因被抑制或表达。在癌症的情况下,染色质可以调节基因的表达,使细胞变得耐治疗。

“基因就像硬件,而染色质就是软件,”巴克曼说。“而染色质包装是操作系统。”

斯兹雷弗补充说:“基因组已经测序,CRISPR等技术现在允许研究人员编辑细胞的‘硬件’。”“然而,染色质结构在基因表达中的作用仍然是一个科学之谜。”

为了解开这个谜团,巴克曼、斯兹雷弗和他们的团队将纳米成像技术与分子动力学建模相结合,分析了染色质包装结构的纳米级变化。

利用来自癌症基因组图谱的数据,他们分析了来自结直肠癌、乳腺癌和肺癌患者的细胞,寻找转录可塑性的标记。研究人员还使用了之前在巴克曼实验室开发的分波谱(PWS)显微镜来实时检测活细胞中的染色质。

研究人员发现,患者的存活与肿瘤细胞的可塑性呈反比关系。巴克曼说,染色质工程为一种新的癌症治疗方法打开了大门,它可以重新连接细胞的“操作系统”,使它们更少的塑料。

该论文的第一作者Ranya Virk说:“我们发现,转录可塑性和染色质包装的改变是一个重要的标记,这表明癌症患者可能对化疗等抗癌治疗有何反应。”“这可以转化为一种预测癌症治疗结果的新方法。”

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