標(biāo)志性癌癥基因調(diào)節(jié)RNA暗物質(zhì)

加州大學(xué)圣克魯斯分校研究人員發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告》雜志上的一項(xiàng)新研究顯示，癌癥早期發(fā)生的一個(gè)關(guān)鍵基因突變會(huì)改變 RNA“暗物質(zhì)”，并導(dǎo)致釋放以前未知的用于癌癥早期檢測(cè)的 RNA 生物標(biāo)志物。

研究人員檢查了 KRAS 基因突變的影響，該基因是所有癌癥中最常見的突變基因之一，包括胰腺癌、肺癌和結(jié)直腸癌。KRAS 被認(rèn)為是導(dǎo)致癌癥形成的初始“驅(qū)動(dòng)”突變，因此對(duì)于在早期階段了解和檢測(cè)癌癥至關(guān)重要。

在這項(xiàng)研究中，生物分子工程助理教授 Daniel Kim 的實(shí)驗(yàn)室專注于肺癌中的 KRAS 突變，以確定它們對(duì) RNA“暗物質(zhì)”的影響，該暗物質(zhì)是由人類基因組中 30 億個(gè)堿基對(duì)中的 75% 產(chǎn)生的，目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)用于癌癥早期檢測(cè)的新 RNA 生物標(biāo)志物。

“你越早發(fā)現(xiàn)某人患有癌癥，他們就越有可能通過(guò)治療和手術(shù)存活下來(lái)，”Kim 說(shuō)，他隸屬于加州大學(xué)圣克魯斯分?；蚪M學(xué)研究所、干細(xì)胞生物學(xué)研究所、美國(guó)癌癥研究中心。 RNA 的分子生物學(xué)，是斯坦福大學(xué) Canary 癌癥早期檢測(cè)中心的準(zhǔn)成員。“全世界每年有數(shù)百萬(wàn)人死于癌癥，迫切需要開發(fā)高度敏感和特異性的診斷測(cè)試，以便在癌癥擴(kuò)散到身體其他部位之前進(jìn)行早期檢測(cè)。”

Kim 的實(shí)驗(yàn)室研究 KRAS 基因如何調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組，即細(xì)胞中產(chǎn)生的所有 RNA。RNA 最常見的功能是作為“信使”，將 DNA 中編碼的遺傳信息轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，但基因組學(xué)的最新進(jìn)展表明，絕大多數(shù) RNA 是非編碼的，不會(huì)產(chǎn)生蛋白質(zhì)。Kim 的實(shí)驗(yàn)室專注于研究這種非編碼 RNA，目的是利用這些信息更好地了解癌癥的形成并確定癌癥早期檢測(cè)的新生物標(biāo)志物。

在這項(xiàng)研究中，由 Kim 實(shí)驗(yàn)室博士領(lǐng)導(dǎo)。作為生物分子工程和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院 F99/K00 研究員 Roman Reggiardo 的候選人，研究人員發(fā)現(xiàn)肺癌中的 KRAS 突變也會(huì)激活干擾素刺激的基因，這種情況在許多癌癥中都可以看到，但其原因尚不清楚。

他們還確定，KRAS 的突變導(dǎo)致一類稱為 KRAB 鋅指基因的基因沉默，據(jù) Kim 所說(shuō)，這種基因在癌癥的背景下從未見過(guò)。當(dāng)這些基因被關(guān)閉時(shí)，某些類型的非編碼 RNA 會(huì)異常激活。許多這些新激活的非編碼 RNA 來(lái)源于轉(zhuǎn)座子元件，它們是在整個(gè)人類基因組中發(fā)現(xiàn)的數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的重復(fù)元件，其中一些有可能在基因組周圍“跳躍”并改變它。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些轉(zhuǎn)座因子 RNA 不僅在突變的 KRAS 細(xì)胞內(nèi)被打開，而且還被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外。鑒于已知 RNA 會(huì)從癌細(xì)胞釋放到血液中，這些轉(zhuǎn)座因子 RNA 可能充當(dāng)致癌突變 KRAS 的信號(hào)，可以通過(guò) RNA 測(cè)序在血液中檢測(cè)到。

Kim 認(rèn)為，這種強(qiáng)大、強(qiáng)大的 RNA 特征對(duì)于早期診斷癌癥非常有希望。這可以通過(guò)稱為“液體活檢”的血液測(cè)試來(lái)完成，與傳統(tǒng)的腫瘤組織活檢相比，這是一種微創(chuàng)方法。

這些新發(fā)表的結(jié)果是通過(guò)使用細(xì)胞培養(yǎng)模型發(fā)現(xiàn)的，研究人員將突變的 KRAS 引入非癌性肺細(xì)胞，將它們推入癌變狀態(tài)。他們使用幾種不同的技術(shù)進(jìn)行了 RNA 測(cè)序，并進(jìn)行了計(jì)算分析，以確定哪種 RNA 在表達(dá)突變 KRAS 的細(xì)胞中比對(duì)照細(xì)胞更普遍。

研究人員進(jìn)行了額外的表觀基因組分析實(shí)驗(yàn)，研究如何在不改變 DNA 序列本身的情況下打開或關(guān)閉基因。他們還進(jìn)行了細(xì)胞外囊泡分離，確定了哪些 RNA 被包裝到細(xì)胞外囊泡中，并優(yōu)先從受突變 KRAS 影響的癌細(xì)胞中分泌。

為這項(xiàng)研究做出貢獻(xiàn)的其他實(shí)驗(yàn)室包括生物分子工程副教授 Angela Brooks 的實(shí)驗(yàn)室、斯坦福大學(xué)放射學(xué)教授 Utkan Demirci 的實(shí)驗(yàn)室、UCSF 醫(yī)學(xué)教授 Eric Collisson 的實(shí)驗(yàn)室和生物分子工程教授 David Haussler 實(shí)驗(yàn)室的 Jason Fernandes。

“我們處于一個(gè)跨學(xué)科的環(huán)境中，這確實(shí)鼓勵(lì)我們以不同的方式思考 RNA 和癌癥，”第一作者 Reggiardo 說(shuō)。

在正在進(jìn)行和未來(lái)的工作中，Kim 實(shí)驗(yàn)室旨在通過(guò)分析肺癌患者的血液樣本來(lái)進(jìn)一步證實(shí)他們的新結(jié)果，以驗(yàn)證他們新發(fā)現(xiàn)的 RNA 特征是否存在于這些患者中。這將與他們?cè)谒固垢＝鸾z雀中心的同事 Utkan Demirci 和斯坦福大學(xué)的其他人通過(guò)國(guó)防部的合作撥款共同完成。他們希望開發(fā)一種可以檢測(cè)這些 RNA 特征作為早期診斷肺癌的生物標(biāo)志物的測(cè)試。

此外，他們預(yù)計(jì)本研究中開發(fā)的方法可用作開發(fā)用于多癌早期檢測(cè)的 RNA 液體活檢平臺(tái)的框架。

“現(xiàn)在我們知道了癌癥早期事件的 RNA 特征，這將有助于我們開發(fā)癌癥早期檢測(cè)的新方法，這將有望在未來(lái)幫助挽救很多人的生命，”Kim 說(shuō)。

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