加州大學(xué)圣克魯斯分校研究人員發(fā)表在《細(xì)胞報告》雜志上的一項新研究顯示，癌癥早期發(fā)生的一個關(guān)鍵基因突變會改變 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”突變，因此對于在早期階段了解和檢測癌癥至關(guān)重要。
在這項研究中，生物分子工程助理教授 Daniel Kim 的實驗室專注于肺癌中的 KRAS 突變，以確定它們對 RNA“暗物質(zhì)”的影響，該暗物質(zhì)是由人類基因組中 30 億個堿基對中的 75% 產(chǎn)生的，目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)用于癌癥早期檢測的新 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治療和手術(shù)存活下來，”Kim 說，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 癌癥早期檢測中心的準(zhǔn)成員。“全世界每年有數(shù)百萬人死于癌癥，迫切需要開發(fā)高度敏感和特異性的診斷測試，以便在癌癥擴散到身體其他部位之前進行早期檢測。”
Kim 的實驗室研究 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)的最新進展表明，絕大多數(shù) RNA 是非編碼的，不會產(chǎn)生蛋白質(zhì)。Kim 的實驗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的新生物標(biāo)志物。
在這項研究中，由 Kim 實驗室博士領(lǐng)導(dǎo)。作為生物分子工程和美國國立衛(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，這種基因在癌癥的背景下從未見過。當(dāng)這些基因被關(guān)閉時，某些類型的非編碼 RNA 會異常激活。許多這些新激活的非編碼 RNA 來源于轉(zhuǎn)座子元件，它們是在整個人類基因組中發(fā)現(xiàn)的數(shù)以百萬計的重復(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，而且還被運輸?shù)郊?xì)胞外。鑒于已知 RNA 會從癌細(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，可以通過 RNA 測序在血液中檢測到。
Kim 認(rèn)為，這種強大、強大的 RNA 特征對于早期診斷癌癥非常有希望。這可以通過稱為“液體活檢”的血液測試來完成，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)進行了 RNA 測序，并進行了計算分析，以確定哪種 RNA 在表達(dá)突變 KRAS 的細(xì)胞中比對照細(xì)胞更普遍。
研究人員進行了額外的表觀基因組分析實驗，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。
為這項研究做出貢獻(xiàn)的其他實驗室包括生物分子工程副教授 Angela Brooks 的實驗室、斯坦福大學(xué)放射學(xué)教授 Utkan Demirci 的實驗室、UCSF 醫(yī)學(xué)教授 Eric Collisson 的實驗室和生物分子工程教授 David Haussler 實驗室的 Jason Fernandes。
“我們處于一個跨學(xué)科的環(huán)境中，這確實鼓勵我們以不同的方式思考 RNA 和癌癥，”第一作者 Reggiardo 說。
在正在進行和未來的工作中，Kim 實驗室旨在通過分析肺癌患者的血液樣本來進一步證實他們的新結(jié)果，以驗證他們新發(fā)現(xiàn)的 RNA 特征是否存在于這些患者中。這將與他們在斯坦福金絲雀中心的同事 Utkan Demirci 和斯坦福大學(xué)的其他人通過國防部的合作撥款共同完成。他們希望開發(fā)一種可以檢測這些 RNA 特征作為早期診斷肺癌的生物標(biāo)志物的測試。
此外，他們預(yù)計本研究中開發(fā)的方法可用作開發(fā)用于多癌早期檢測的 RNA 液體活檢平臺的框架。
“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)癌癥早期檢測的新方法，這將有望在未來幫助挽救很多人的生命，”Kim 說。
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