正常皮膚中的癌癥種子
點擊次數：1050 更新時間：2021-01-29
生命中的細胞都會發生突變,盡管大多數突變是無害的，但隨著年齡的增長，它們會在我們的組織中積累，如果它們出現在關鍵基因中，它們會改變細胞行為，并使細胞進入癌癥之路。也有推測說，體細胞突變（非生殖組織中的那些）可能會導致衰老和與癌癥無關的疾病。然而，檢測少量細胞甚至單個細胞中存在的突變的技術困難阻礙了研究，并且在理解癌癥發展的步以及體細胞突變對衰老和疾病的影響方面進展有限。Tang等在Nature報告克服了這些實驗局限性的工作，以探索個體黑素細胞中的體細胞突變和選擇，黑素細胞是可引起癌癥黑素瘤的皮膚細胞類型。表皮是皮膚的外層,表皮只有0.1毫米厚，在整個人的一生中都受到促進突變的紫外線的打擊，并且是絕大多數皮膚癌的起源。為了了解人體組織中體細胞突變的程度以及皮膚癌的起源，以前的研究使用了正常表皮小活檢的DNA測序。這不僅揭示了突變在正常細胞中很常見，而且在促癌基因中的突變有利于隨著年齡的增長逐漸分布在我們皮膚上的一小群突變細胞（克隆）的生長。但是，對由數千個細胞組成的表皮活檢進行測序，大多數檢測到稱為角質形成細胞的細胞中的突變，這些細胞約占表皮所有細胞的90％。這些是常見但通常可治療的非黑色素瘤皮膚癌的細胞。黑色素瘤是一種罕見的但更具致死性的皮膚癌，其起源在于散布在整個皮膚中的單個細胞，稱為黑色素細胞（圖1）。這些細胞產生一種叫做黑色素的色素，該色素可以使皮膚變色并保護皮膚免受日曬傷害。
研究分析了一種稱為黑素細胞的細胞，該細胞存在于皮膚外層（稱為表皮）的底部。黑色素細胞中促進癌癥的突變可導致稱為黑色素瘤的致死性癌癥的形成。研究這些細胞中的突變是困難的，因為與另一種稱為角質形成細胞的表皮細胞相比，這種細胞很少。b：作者獲得了人體皮膚的活檢樣品，并從健康個體和皮膚癌患者中分離出單個黑素細胞。體外培養單個細胞后為了獲得細胞集落，Tang及其同事使用了全基因組擴增的方法，并對DNA進行了測序。為了確定可能的突變是真實的還是測序錯誤的結果，作者比較了對應于同一遺傳區域的DNA和RNA測序結果，以檢查結果是否匹配。為了檢測黑素細胞中的突變。必須設計可靠的方法來對單個細胞的DNA進行測序。對于其他細胞類型，已經使用了兩種主要方法：單細胞測序，它依賴于容易出錯的全基因組擴增。和生長單細胞進入的數千細胞集落在培養皿中，這使得能夠使用更可靠的測序方法。前一種方法會給每個細胞引入許多錯誤，而這些錯誤可能會被誤認為是真正的突變，而后一種方法則只能用于體外生長良好的細胞。黑色素細胞很難在體外生長成大的細胞集落。結合這兩種方法，在體外將單個黑素細胞培養成數十到數百個細胞的菌落。只有這樣，他們才進行全基因組擴增步驟，從而將DNA測序錯誤降。通過一系列巧妙的分析和控制，包括對每個菌落的DNA和RNA進行測序以確認某些突變，作者可以可靠地檢測出在單個黑素細胞中發現的體細胞突變。皮膚細胞（包括黑素細胞）的突變率比體內其他細胞的突變率高得多，這也有助于提高結果的準確性，從而將擴增方法引起的測序錯誤的混雜效應降至。
從6個死者的19個身體部位收集的133個黑素細胞衍生的細胞集落的基因組關鍵部分序列。捐助者包括兩名患有皮膚癌的人以及無癌癥的人。他們都是歐洲血統，年齡在63至85歲之間。盡管樣本量有限是該研究的局限性，但這項技術之旅的生物學見解令人矚目。令人放心的是，檢測到的絕大多數突變具有與紫外線損傷相關的DNA改變的預期特征標記。每個黑色素細胞的突變數量在供體和身體部位之間變化很大，在陽光照射區域，每個細胞平均約有20,000個突變，這與在黑色素瘤發現的突變數量大致相似。出乎意料的觀察是，長期暴露在陽光下的皮膚（例如，在臉上）的突變數量要比間歇暴露在陽光下的皮膚（例如大腿或背部）的突變數量少。作者推測，這一發現可以解釋為什么大多數黑色素瘤發生在間歇性暴露于陽光的區域，盡管需要更多的供體進行進一步的分析來確認這一發現。第二個發現更加令人意外，在陽光照射的組織中，某些黑素細胞的突變比同一活檢樣本中的其他黑素細胞少得多。這些細胞的來源尚不清楚。一種可能性是，它們以前居住在不受陽光傷害的地方，例如毛囊，提供了受保護的生態位。Tang和同事對高度變異的細胞中看似“受保護”的細胞數量的觀察使人想起了發現前吸煙者的某些肺細胞沒有由煙草引起的特征性突變，而且這些細胞甚至可能緩慢取代因吸煙多年而受損的肺細胞。進一步的研究以驚人的低數量的突變黑色素細胞將是了解這種細胞的起源和功能的興趣。
通過分析涉及黑色素瘤發展的基因。發現大約20％的黑素細胞有一個黑色素瘤驅動突變（有時，一些細胞有兩個這樣的驅動突變）。有趣的是，作者觀察到這些突變可導致黑色素細胞生長，導致突變的黑色素細胞的“散布場”，這是有證據表明，從同一活檢組織中獲得的某些黑色素細胞具有相同的驅動程序突變。在過去的幾年中，一些組織的研究報道在癌癥基因駕駛促進細胞的生長，形成突變克隆突變的類似的意見。這種先前未知的現象正在成為跨多個組織衰老的常見特征。唐及其同事發現的促黑素細胞中的促癌突變主要發生在有據可查的促黑素瘤基因中，這些基因激活了MAPK信號通路，例如BRAF和NRAS。值得注意的是，黑色素瘤中不常見的兩個突變（稱為BRAF V600E的突變和TERT基因的調控啟動子區域的突變）不在列表中。為了解釋這個難題，作者建議黑色素瘤從兩條主要途徑出現。它們可能是由于皮膚中現有的痣而產生，這些痣通常具有BRAF V600E突變，或者它們是從頭形成的沒有預先存在的痣。作者在分散的黑色素細胞中發現的驅動癌癥的突變可能代表了一些從頭黑色素瘤的起源。
這項精心進行的研究為正常黑素細胞的體細胞突變情況提供了*的視野，為黑素瘤的起源提供了新的線索，并提出了許多有趣的發現，這些將激發進一步的研究。結合其他組織的類似努力，Tang及其同事進行的這項研究正在迅速改變我們對正常組織中體細胞突變以及這些突變與健康和疾病的相關性的認識。
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