作者:Ian D. Hickson 来源:《自然》 发布时间:2016/2/29 15:01:33
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揭示肿瘤基因组稳定性新机制

应颂敏团队合照  应颂敏供图

近日,《自然》在线发表了一篇揭示肿瘤基因组稳定性新机制的文章,或为肿瘤找到潜在的靶向治疗方法。

随着人口老龄化、诊断技术不断提高、空气污染等原因,肺癌等恶性肿瘤发病率不断升高。浙江大学医学院的应颂敏教授和沈华浩教授在“国家自然科学基金优秀青年科学基金”(项目号:81422031)等项目的资助下,与丹麦哥本哈根大学合作,首次发现肺癌细胞在有丝分裂期(M期)存在DNA复制行为,并发现肿瘤细胞这种在M期的DNA复制是其赖以生存的一个重要机制。

继续 “经典”的发现

学术界普遍认为,染色体的DNA复制、DNA损伤应答和修复保证了生命基因组的稳定性,是最基本的生命现象之一。正常细胞的分裂遵循经典的细胞分裂周期理论——复制前期(G1)、DNA复制期(S)、复制后期(G2)和有丝分裂期(M)。在正常细胞中,DNA复制只能发生在细胞周期的S期,即在S期完成DNA复制。

“我们发现在肿瘤细胞中,M期染色体的断裂和修复机制可以让肿瘤细胞生存得更好。”文章共同第一作者、国家“青年千人计划”专家、浙江大学医学院教授应颂敏在接受《中国科学报》记者采访时说。

这项研究发现,肺癌细胞在有丝分裂期(M期)复制的DNA主要位于“脆性位点”(基因组特定区域),在有丝分裂前期,肺癌细胞会启动核酸酶MUS81、DNA聚合酶POLD3依赖的DNA复制,从而减少染色体的错误分离和不分离,由此在细胞周期的最后阶段,通过DNA复制修复肿瘤细胞因复制压力而产生的DNA损伤,维持染色体的稳定性。

“在之前研究的基础上,我们发现了肿瘤细胞染色体断裂修复的机制,也就是发现了在肿瘤细胞的染色体断裂之后,新的DNA合成可以填补这些断裂缺失了的位点。”应颂敏说。

基因组重排是一把“双刃剑”

众所周知,一个细胞分裂繁殖一次,它所有的DNA就要复制一次。而DNA复制的工具受损,或引起DNA修复损伤则可导致DNA复制压力。肿瘤细胞繁殖的速度快,要在更短的时间内繁殖同样数量的DNA,引起复制损伤的几率就更大。

在此前的研究中,该研究组曾发现了染色体断裂的机制,染色体“脆性位点”(基因组特定区域)在细胞分裂期显示为间隙或不连续的间隔区,脆性位点在物种间保守,且该区域染色体易断裂,推测其对肿瘤相关联的错误基因组重排有影响。

“基因组的重排是一把‘双刃剑’。健康的细胞基因组是稳定的,基因组重排是导致健康细胞转化为肿瘤细胞的一个重要因素之一;反过来,肿瘤细胞又需要基因组的稳定性,否则肿瘤细胞就会死亡。”应颂敏说。

根据这项研究,肿瘤细胞用M期的修复机制维持了基因组的稳定性,以满足其存活和快速增殖的需要。在肿瘤细胞中,癌基因诱导了DNA复制压力,异常增殖的肿瘤细胞由于存在DNA复制压力,它在“规定动作”的S期进行的DNA复制留下了很多的DNA损伤,使得DNA变得很不稳定,导致了肿瘤细胞的基因组不稳定性,进而驱动癌变。

肿瘤靶向治疗或可期

近年来,肺癌等恶性肿瘤发病率不断升高,目前的放疗、化疗等肿瘤治疗手段对正常细胞伤害巨大。

英国皇家科学院院士伊恩希克森(Ian D. Hickson)教授指出,有丝分裂期DNA复制的发现对包括核酸修复、复制和肿瘤等许多领域的研究将产生重要影响。该发现是对脆性位点机制的重新审视,即脆性位点并非染色体真正断裂,而是细胞分裂期新合成的DNA区域,它之所以看起来像断裂,是因为新合成的DNA区域与染色体其他区域连接不紧密。

“正常细胞在有丝分裂期(M期)的合成很少,如果能够阻止M期DNA的合成,那么就有可能在选择性杀死肿瘤细胞的同时,对正常细胞不产生大的影响。” 应颂敏说。对于未来,他坦言,目前相关的研究还仅仅停留在理论阶段,下一步的关键是寻找破坏M期DNA合成的方式,比如筛选小分子抑制M期DNA复制关键的蛋白等。而发现的肺癌细胞依赖的有丝分裂期DNA复制的特异性信号通路,也将为肺癌靶向治疗提供新的潜在治疗靶点。(来源:中国科学报 王超)

 
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