随机性如何帮助癌细胞茁壮成长

在一个合并的遗传学的研究工作,物理和信息理论,一个团队在学校约翰霍普金斯大学的医学和工程学大大增加了证据表明人类基因组的大部分地区,内置变化可逆的表观遗传修饰的DNA。

在3月27日发表的一份研究报告自然遗传学团队称,研究结果还表明,这种表观遗传变化的能力是一个主要因素癌症细胞增殖、适应和转移。

“这些结果表明,生物学不是确定性的许多科学家认为,”安德鲁·范伯格说,医学博士,每,the King Fahd Professor of Medicine, Oncology, and Molecular Biology and Genetics at the Johns Hopkins University School of Medicine and director of the Center for Epigenetics in the Institute for Basic Biomedical Sciences. "If so, they could have major implications for how we treat cancer and other aging-related diseases."

表观遗传修饰,实现基因组甲基分子的化学连接,或标签,DNA,是可逆的变化,改变基因开启或关闭在一个给定的细胞不改变细胞的DNA序列。这种变化使一个复杂的有机体,就像一个人,有一个广泛的不同的组织仍然有相同的基因模板。

然而,在一些研究与实验室老鼠,范伯格已经观察到这些表观遗传标记小鼠之间的差异即使比较相同类型的组织的动物生活在完全相同的条件下。“这些不是细微的差别,一些非常重要的基因,”范伯格说。

Feinberg,彭博特聘教授约翰·霍普金斯大学的工程和公共卫生,怀疑,这种变化可能是一个自适应功能,内置的表观遗传随机性会给一些细胞在快速变化的环境中占有优势。

发现如果是这样的话,他与约翰•Goutsias博士,约翰霍普金斯大学电气和计算机工程教授粉刷工程学院,找到一种方法来衡量这种控制的随机性,科学被称为表观遗传特性转化,利用信息理论夏侬熵的概念。

使用数学模型称为伊辛模型,发明了在统计物理学描述相变,如物质如何从液体变为气体,约翰霍普金斯大学的研究人员计算沿基因组甲基化的概率分布在几个不同的人类细胞类型,包括正常和癌变结肠、肺和肝细胞,以及脑、皮肤、血液和胚胎干细胞。

Goutsias解释说,这个分布的概率反映了特定区域的基因组甲基化在人口相似的细胞。地区较低的随机性,这个概率就主要是0或100%,但在高随机性、数字将一半左右。

分析表明,人类基因组被组织成大块的低或高表观遗传特性转化,而且这些区域对应的区域在细胞核染色体结构不同。Feinberg认为的主要功能细胞的核基因组可能是分区,确保地区的低或高特性转化是定义良好的。

研究的另一重要发现,Garrett詹金森说,博士,助理研究员约翰霍普金斯粉刷工程学院进行的分析,在癌细胞这种可变性失控了,这可能显示显著地区差异甲基化特性转化与正常细胞相比。基于进化目标表观遗传特性转化可以提高适应,这些观察可以解释如何癌细胞擅长逃避化疗和传播从一个身体的一部分到另一个,他补充道。

“研究人员理解癌症表观遗传学在推动增长的重要性,但焦点一直试图扭转特定基因表观遗传变化,”范伯格说。“我们需要调整和更广泛的思考表观遗传过程作为一个整体。”Looking at ways to reverse aberrant changes in variability to make cancer cells more epigenetically controlled should be a target for therapy, he adds.

今年早些时候,范伯格领导一项研究认为这种观点的表观遗传学在转移性胰腺癌细胞。使用一个名为6-aminonicotinamide的实验性药物,他的团队逆转使肿瘤的大规模的表观遗传变化细胞在老鼠身上转移而缓慢的增长更多的肿瘤。

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