癌细胞基因组研究.doc

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1、癌细胞基因组研究：进展和展望一个多世纪以来，对癌细胞里基因异常现象的发现及研究一直是肿瘤学研究的核心。对人类多种多样的癌细胞基因组的测序已经完成，现在我们对所有的研究结果进行最后的归纳整理。在未来的10年，细胞的变异将会导致成千上万种类的癌细胞。这里，我们总结了先前人们揭示癌细胞的起源及细胞行为的工作，以及这些癌细胞基因组的信息是如何被用于提高癌症的诊断和治疗方法的。我们目前对癌症的认识是：癌症是一种与基因有关的疾病，癌细胞由于细胞的变异而能够不受限制地增殖，由此导致人体机能紊乱。这些癌细胞的基因突变包括碱基

2、对的替换、插入、删除，基因重组以及DNA的错接，DNA片段复制数目失常等，当然也包括胚后发育过程中的遗传信息发生改变，例如胞嘧啶残基发生了甲基化，在DNA复制进行有丝分裂时，便使得错误的遗传信息得以传承下去。肿瘤疾病的形成是与环境条件及个人生活方式相关的，也与每个受精卵中的基因信息有关，在个体发育时所有体细胞拥有受精卵的遗传信息，这些被称为组成型或“geneline”突变可以从多个方式影响癌细胞包括直接干扰癌细胞生长、干扰癌细胞中遗传信息的突变率或者调节细胞内致癌物质的代谢。胎儿在子宫内发育时以及胎儿出生后的

3、组织发育健全过程中都会发生细胞分裂，而在细胞分裂时所有正常的细胞基因都可能存在突变现象。癌细胞的不断分裂则会将突变基因不断积累。导致DNA损伤及其DNA修复过程中的外因及内因都会增加细胞遗传的变异机率及变异类型。若DNA损伤修复失败，则细胞基因突变机率将会增大。突变随机发生在整个基因组中。“drivermutation”指的是正常细胞内的原癌基因被激活，搅乱了正常的细胞增殖、分化、凋亡及细胞与组织微环境发生的其他的体内反应，使得正常细胞癌变。Drivermutation赐予癌细胞生长优势，使癌细胞比组织中正常

4、的细胞生长更快，并逐渐侵袭其周围的组织，也就是发生癌细胞转移。癌细胞发生驱动突变反映了癌细胞内基因突变并由此导致细胞的生物学功能下调，出现正常细胞转变成癌细胞的症状。而大多数突变是“passengermutation”,也就是不会导致细胞生长受影响，更不会使细胞癌变的一种突变。细胞内基因组的passengermutation数量反应了受精卵与癌细胞发生的有丝分裂的数目以及这些细胞发生突变的机率。因此，发生细胞的变异、转化成癌细胞通常是由细胞内基因组积累了几十年的突变导致的，包括导致最终各种癌细胞类型的产生的突

5、变以及细胞出现癌变征兆的突变。人类基因组的突变分类在过去半个多世纪以来，一系列的技术被用于癌细胞的系统性描述、更高水平的探究以及对不同类型癌细胞的癌基因组的研究（如图1）。最早期也是对肿瘤学最有影响之一的工作是通过细胞遗传学研究癌细胞的染色体，这些研究揭示了癌细胞染色体复制数目的异常以及染色体转座重组现象。这表明一些类型的癌细胞含有许多异常基因而另一些类型的癌细胞则仅出现少量基因异常现象。研究结果也表明了在某些特别类型癌细胞内的基因某些特定位点经常会发生重组现象，暗示了原癌基因存在于重组位点。二十世纪80年代

6、时广泛采用DNA重组技术对这些经常发生充足区域的邻近基因进行了分离及测序工作，证实了许多重组癌基因尤其是白血病、淋巴瘤以及肉瘤癌基因。在那之后的下一阶段的一些技术虽然只是证明了癌基因组复制数目发生了变化但依旧是比细胞遗传学研究有了进步。这些技术研究表明在普遍癌基因组以及某些特别区域基因组之间存在着基因复制数目的改变即其基因复制数目经常增加或减少现象。对这些异常区域相继进行的研究使人们对一些新的癌基因有了了解。这些技术方法存在着缺陷。最明显的是它们不能直接检测碱基替换以及小分子插入、缺失。2000年提出了人类基

7、因组测序计划增强对癌基因组的研究。甚为重要的是该计划中有提供PCR引物设计模板技术，用于扩增基因以及对许多编码区外显子进行测序。这些工作进一步推动了癌基因组（包括全部癌基因家族以及许多外显子）的测序。这些对细胞基因发生的碱基替换及小分子插入、缺失的研究工作已广泛进行，但是，对基因组的非编码区及大多数基因的研究由于高花费以及测序技术有限制而受到阻止。最近的第二代DNA测序技术改变了人类对癌基因组的研究。这些技术被用于许多方面的研究。由于许多目前已知的drivermutation改变了编码序列的编码基因，其外显子

8、只占人类基因组的约1%，对其进行的侧序相对来说是挺少的。将从整个基因组中提取小部分DNA序列与第二代DNA测序技术相结合，用于2000种癌细胞编码蛋白质外显子测序工作。这个技术可以研究编码区的碱基替换和插入、缺失（以及潜在基因复制数目改变），但是不能够研究非编码区发生的突变，需要对同一基因组进行其他分析得到的许多结果进行重组合并。相似地，在提取RNA以后，许多类型的癌细胞的转录序列已经被测定。结果表