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人类表观基因组计划可改善癌症治疗方法

在遗传学之后,又有了人类表观基因组计划,致力于探寻影响人类基因的外部因素。这方面的研究成果将有助于更好地了解疾病,并找到新的药物和疗法。

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据西班牙《趣味》月刊4月号文章称,14年前,当第一版人类基因组图谱正式公布,整个科学界都为之一振,但同时也意识到,在这个领域仍有很多未知内容需要探索。基因就像一本书。在卵子成功受孕的那一刻,子代就从亲代那里继承了基因。在这本书的每一页上都记载着脱氧核糖核酸(DNA)运作所必需的遗传信息。然而,必须破译这些信息。因为用人类表观基因组计划的合作者之一马诺利斯·凯利斯的话说,看书时每个人都会阅读不同的章节,喜欢的词句也不尽相同。


报道称,该计划是首个对表观基因组展开的大规模研究项目。其研究方向在于那些没有写在基因当中的信息,亦即生物体的DNA和组蛋白的一系列化学反应,而这些反应可以在不改变DNA序列的前提下,引起可遗传的基因表达或细胞表现型的变化。在美国国家卫生研究院的资助之下,该计划已经展开了10年的研究。最近这项雄心勃勃的计划的多位合作者在《自然》杂志上发表了最新研究结果。


表观基因组学图谱解释了参与机体运作的基因是如何激活和休眠的,由此提供了一种研究疾病的新工具,并制定了一种可以比对患者的表观基因组的模式。找到发生变化的因素,并在癌症和多样性硬化等疾病中发现这些变化,将有助于研发更加有效的药物。


报道称,表观基因组在英语中是“Epigenome”。正如希腊语前缀“epi”所表达的意思,表观基因组位于基因之上。观基因组指的是附着在基因组上的化学标记模式,这些标记会对基因的基本单位产生直接作用。虽然不会改变基因序列,但却能够影响对基因所含遗传信息的获取。在这些化学标记当中包括含有甲基的化合物,而甲基能够直接阻碍某些区域的遗传信息的获取。


类似情况也发生在组蛋白身上。作为染色体的主要蛋白,组蛋白可能引发DNA压缩,在细胞核内给某些阻碍基因表达的物质让出空间。要使细胞机制能够读取遗传信息,由DNA、核糖核酸(RNA)和组蛋白等蛋白组合而成的染色质必须不断膨胀,并且能够接触到基因。然而,表观基因组却导致这一步骤无法实现。


报道称,辐射等突变元可能改变基因序列,而表观基因组虽然不会改变基因序列,但却能够对DNA分子产生影响。换言之,表观基因组并不是导致遗传信息消失,而是将其隐藏了起来。因此,如果与某种疾病有关的表观基因组发生的变化是可逆的,那么将其修复将成为一件极为有效的治疗工具。


由此可见,遗传并非躲不开的宿命。健康或疾病在某些程度上还取决于基因如何在人的一生中自我调解。DNA当中的甲基是不断累积起来的:从幼年时期开始,到青少年时期达到顶峰,20岁之后这个过程逐渐稳定下来,直到50岁不会再发生太大变化,但随后化学标记开始消失。但这个转折点也因人而异。


精神压力和吸食毒品等因素会改变DNA的甲基化,尤其是在人生的最初20年。西班牙国家肿瘤研究中心对双胞胎进行的研究显示,虽然双胞胎出生时甲基化模式相同,但随着时间的推移,两人的模式变得越来越不同,因为双胞胎的生活环境不可能完全一致。


很多专家认为,某些甲基化模式的缺失与神经元退行性变疾病有关,例如阿尔茨海默氏症和帕金森综合征。但是在疾病与基因调解的变化之间找到联系并不容易,而且表观基因组的变化往往在DNA上未知的区域,即非编码DNA或垃圾DNA。


得益于人类表观基因组计划,这些区域已经得到了研究。研究人员在这里发现了与癌症有关的表观基因组标记,其特点是DNA甲基化模式异常。癌症的表观基因组所包含的信息有助于发现第一个癌细胞的种类和次序。该计划的合作者之一、华盛顿大学的肿瘤学专家约翰·斯塔马托扬诺普洛斯表示,对于来源不明的转移性肿瘤,很难为患者找到合适的疗法。但是现在可以利用表观基因组更加精确地找到肿瘤细胞的来源,这将有助于进一步改善治疗方法。


报道称,即便如此,人类表观基因组计划只是一个研究方向的开端,目前还需要为数百种细胞绘制图谱。人类有望到2020年前破译上千种表观基因组。此外,已有多项最新研究利用实验鼠证明,表观基因组在某种程度上是可遗传的。换言之,就像信仰和文化一样,祖先的生活经历将对我们的生活产生直接影响。如果祖先的表观基因组曾因疾病而发生变化,那么这种变化将代代相传。


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