数字 PCR 技术发现,癌细胞正在偷工减料

美国 Stowers 医学研究所的研究人员近日在《PLoS Genetics》上发文称,癌细胞可能正在简化它们的基因组。它们减少了核糖体 DNA(rDNA)的拷贝数,从而更容易增殖。

“尽管核糖体 DNA 对细胞功能很重要,但由于定位和分析的挑战,我们几乎不知道是什么在控制其拷贝数的稳定性,” 研究人员称。好在,最近的技术进步正在改变这种局面,比如微滴式数字 PCR(ddPCR)的出现。

研究人员以三个小鼠品系(C57BL/6、DBA/2J 和 CD1 )为研究对象,从不同的器官中获得了 15 个组织样本,并提取出基因组 DNA。然后,他们按照 Bio-Rad 的微滴式数字 PCR 方案,测定了 rDNA 的拷贝数。

研究人员首先测定了不同小鼠品系的拷贝数如何变化。他们发现,C57BL/6 小鼠品系的平均拷贝数为 156,DBA/2J 品系为 123。CD1 的平均拷贝数相似(145),但个体之间的差异要高得多,有些甚至达到两倍。然后研究人员观察了不同组织和器官样本,发现各种组织中 mtDNA 的拷贝数并未反映出 rDNA 的拷贝数变化。

为了证实他们的发现与人类癌症有关,研究团队获得了 162 名个体的全基因组测序数据,他们罹患 8 种癌症,包括儿童急性淋巴细胞白血病、成神经管细胞瘤、淋巴瘤、前列腺肿瘤、食管腺癌等。研究人员利用计算 PCR 分析来测定 rDNA 拷贝数。他们还获得了 143 名正常对照个体的全基因组测序数据,以分析 rDNA 拷贝数。

研究人员表示,骨肉瘤、艾滋相关淋巴瘤和食管腺癌样本中肿瘤基因组的拷贝数明显降低。他们指出,这表明在肿瘤发展的过程中,某些癌症选择了拷贝数较低的 rDNA。他们在其他五种癌症样本中并没有发现明显变化。

根据这些结果,研究人员希望具体讨论 mTOR 功能是否会影响 rDNA 的拷贝数。他们利用 Pten-/- 白血病的小鼠模型,通过测序和 ddPCR 分析评估造血干细胞中的 rDNA 拷贝数。

研究人员证实,造血干细胞中 Pten 的损失造成通路的 mTOR 激活,包括磷酸化 mTOR、Rps6 和 S6K1 水平更高。更重要的是,研究结果表明,在 rDNA 减少 30-40 个拷贝的情况下,造血干细胞生长和核糖体发生仍然可以稳定存在。

“总而言之,癌症中的 rDNA 拷贝数和序列可能发生变化,” 研究人员写道。“我们推测,这种拷贝数的测定可以作为 PI3K-AKT-mTOR 通路中各种突变的检测器,以及 DNA 损伤药物是否选择性靶定癌症干细胞的预测工具。”(生物通 薄荷)

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原文检索

Xu B, Li H, Perry JM, Singh VP, Unruh J, Yu Z, et al. (2017) Ribosomal DNA copy number loss and sequence variation in cancer. PLoS Genet 13(6): e1006771.

(责任编辑:sgx)

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