迄今最全癌症基因圖譜公佈 有望提前數十年識別出腫瘤突變

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癌症是一種基因病,由體細胞癌基因突變引起。早在2001年對首個人類基因組進行測序後,腫瘤的全面基因組表徵就成為癌症研究人員的一個主要目標。從那時起,測序技術和分析工具取得的進展使得這個研究領域蓬勃發展。

2月5日,Nature雜誌及其子刊同期發表了20餘篇關於癌症研究的文章,由來自37個國家、1300多名科學家和臨床醫生組成的國際團隊完成了迄今為止最全面的癌症基因組研究,顯著提高了我們對癌症的基本認識,併為癌症的診斷和治療指明瞭新的方向。

迄今最全癌症基因圖譜公佈 有望提前數十年識別出腫瘤突變

主導該研究的是ICGC/TCGA全基因組泛癌分析(PCAWG)項目,簡稱泛癌項目。該項目分析了38種不同腫瘤類型的2600多個基因組,創造了巨大的原發癌基因組資源。

2006年,美國國家癌症研究所和國家人類基因組研究所開啟了癌症基因組圖譜計劃(The Cancer Genome Atlas Program,TCGA)。該計劃涵蓋了33種癌症類型,包括超過2萬個癌症及正常組織的分子特徵。經過12年的發展,TCGA產生了包括基因組、表觀組、轉錄組和蛋白質組的海量數據。

隨著TCGA的發展以及各種關於癌症研究的深入,人們逐漸認識到詳細記錄癌症的每一個突變是可行的。於是在2008年,全球癌症基因組協會建立了國際癌症基因組聯盟(International Cancer Genome Consortium,ICGC)。ICGC的目標是系統性記錄各種常見癌症中的突變,其成立初期計劃投資10億美元,用10年時間詳盡、深入研究可導致癌症的變異基因,集世界各國和地區的科學家之力,繪製完整的人類癌症基因圖譜,是一項與人類基因組計劃具有同等重要意義的研究計劃。

全基因組泛癌分析(Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes,PCAWG)研究是一項國際合作項目,旨在確定ICGC的2600多個癌症全基因組的常見突變模式。在先前研究癌症編碼區的基礎上,本項目探討了編碼區和非編碼區中體細胞和種系變異的性質及後果,特別關注了順式調控位點、非編碼RNA以及大規模結構變異。

先前的研究集中在編碼蛋白質的基因組的1%,如果以繪製地圖作比方,類似於繪製了大陸海岸線。而泛癌項目對剩下的99%的基因組進行了更詳細的探索,包括控制基因開關的關鍵區域,類似於繪製了大陸的內部。

泛癌項目為癌症基因組學研究提供了全面的資源,包括原始基因組測序數據、癌症基因組分析軟件和探索泛癌項目數據各個方面的多個交互網站。該項目也擴展了包括雲計算在內的先進癌症基因組分析方法,發現了癌症生物學的新知識,證實了先前研究的重要發現。

在Nature及其子刊上發表的21篇論文中,泛癌項目主要彙報了以下幾個要點:

1. 癌症基因組是有限的、已知的,但非常複雜。通過將整個癌症基因組的測序與分析工具相結合,可以描述在癌症中發現的每一種基因變化、產生這些突變的所有過程,甚至癌症生命史中關鍵事件的順序。

2. 研究人員幾近對所有與癌症有關的生物通路進行了分類,並對它們在基因組中的作用有更全面的瞭解。幾乎所有被分析的癌症中都發現了至少一種因果突變,並且發現產生突變的過程有很大的不同——從單個DNA鹼基的變化到整個染色體的重組。基因組中控制基因開關的多個新區域被確定為致癌突變的靶點。

3. 通過一種新的“碳年代測定(carbon dating)”方法,在腫瘤出現前幾年,有時甚至數十年,就有可能識別出突變。理論上,這為早期癌症檢測打開了一扇機會之窗。

4. 根據整個基因組中看到的基因變化模式,可以準確識別腫瘤類型,這在常規臨床試驗無法識別的情況下,可能有助於診斷患者的癌症類型。對確切腫瘤類型的瞭解也有助於制定治療方案。

總結來說,本次披露的科研成果揭示了大規模結構突變在癌症中所發揮的廣泛作用, 在基因調控區域找到了新的癌症相關突變,推斷了多種類型腫瘤的進化,闡明瞭體細胞突變和轉錄組之間的相互作用,研究了種系遺傳變異在調控突變過程中的作用,並同時展示了研究所用的數據、工具和其他資源,這對於想要進一步探索的研究者來說也是非常有幫助的。


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