來自冷泉港實驗室,、德州大學MD安德森癌癥研究中心等處的研究人員提出了一種分析研究癌變腫瘤的新方法,，并且研究人員還發(fā)現腫瘤可能并不是逐步演變的，而是間斷性發(fā)生的,。這對于腫瘤發(fā)生,、轉移研究具有重要的意義，也有助于臨床腫瘤診斷,。這一研究成果公布在《自然》在線版上,。
領導這一研究的是冷泉港實驗室著名遺傳學專家Michael Wigler教授，他曾揭示過自閉癥的遺傳機理,，人類基因組的大范圍變異,，以及乳腺癌分子機理等重要的疾病機理。
這種由冷泉港實驗室開發(fā)的分析方法就是單細胞測序技術（single cell sequencing,，SNS）,，這種方法能準確定量一個單細胞核中基因拷貝數目。癌細胞中,，基因組部分被刪除,，或者擴增，從而引起關鍵基因的缺失，或者表達過量,，干擾正常細胞生長,，因此利用這種方法就能分析基因拷貝數目，從而診斷癌癥,。
Wigler教授認為,，“這項研究證明我們能通過對癌變腫瘤中的一個單細胞進行測序，獲得精確的高通量拷貝數”,，“檢查同一癌癥的多個細胞,，我們就能了解這種癌癥是如何發(fā)生與擴散的”。
進化贏家
一直以來,，科學家們都認為癌癥是細胞水平上的單個克隆疾病,，從進化上來說，就是所謂的“成功”腫瘤細胞——即能將其遺傳模板傳遞給下一代腫瘤細胞,。癌細胞包含能快速擴散的惡性克隆,，也就是說，這些是在生長腫瘤的宿主環(huán)境中最適生長的克隆,，分析這些克隆能有助于了解為什么癌癥如此頑固,，難以治療，以及它們是如何在毒性療法中存活下來的,。
科學家們認為癌細胞常常能在周圍癌細胞的基礎上進化,，因此遺傳異質性的腫瘤細胞群體由于逐步的進化，而變成了不同階段的化合物,，但是在這篇文章中,，來自冷泉港實驗室的研究人員則認為這種進化更傾向于間斷化的,，研究人員James Hicks說道,，“嘗試判斷腫瘤的遺傳進化過程是件非常復雜的事”，“不同細胞群相互交織著——位置上和解剖學上,，從進化上來說可以理解成存在差異,，又相互混合的‘部落’，或者說是亞群,。需要牢記的是腫瘤是混合性的,，總是有某種無序的進化在發(fā)生，這體現在染色體的重排,，以及一些單腫瘤細胞中DNA單個堿基的突變等,。而我們的研究結果表明，盡管到目前為之,，還只分析了幾種有限的樣品,，但是主要的克隆擴增事件相對而言是比較罕見的,，這也許可以作為靶向治療的靶標,。”
轉移擴散的影響
研究人員分析的第二種乳腺癌樣品是單基因型的,，研究人員發(fā)現轉移至肝臟的腫瘤在基因型上非常接近，這些亞群并沒有混合在一起,。文章采用了一種稱為染色體斷點分析（chromosomal breakpoint analysis）的方法,，來分析不同腫瘤細胞亞群之間的聯系，Hicks說“這些斷點記錄了細胞的歷史”,，“它們是突變事件的產物,，只要發(fā)生了DNA重排，就會出現這些記錄”,。
許多腫瘤細胞（大約30%）就總體DNA數目而言,，看上去和正常細胞一樣，研究人員將這種細胞稱為假二倍體（pseudodiploid）,，并首次采用新技術鑒別了這種細胞——利用傳統(tǒng)的方法是無法分辨這些細胞與正常細胞的,。有人認為這種細胞是未來克隆事件的潛在來源，還有人認為這種細胞對于腫瘤轉移意義重大,。
“我們希望了解轉移擴散是如何發(fā)生的”,，Hicks說，“而且現在我們有能力進行詳細分析,，從一個癌癥患者的正常抽血樣品中一般能觀察到5-20個腫瘤細胞,，這是轉移的一個標志，我們可以看到這每一個細胞,，并且分析是否在這個原發(fā)腫瘤細胞群體中出現了一個新克隆,，通過逐層，逐個細胞的分析,，我們對腫瘤轉移擴散,，以及發(fā)生有了深入的了解。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Nature doi:10.1038/nature09807
Tumour evolution inferred by single-cell sequencing
Nicholas Navin,1, 2 Jude Kendall,1 Jennifer Troge,1 Peter Andrews,1 Linda Rodgers,1 Jeanne McIndoo,1 Kerry Cook,1 Asya Stepansky,1 Dan Levy,1 Diane Esposito,1 Lakshmi Muthuswamy,3 Alex Krasnitz,1 W. Richard McCombie,1 James Hicks1 & Michael Wigler1
Genomic analysis provides insights into the role of copy number variation in disease, but most methods are not designed to resolve mixed populations of cells. In tumours, where genetic heterogeneity is common1, 2, 3, very important information may be lost that would be useful for reconstructing evolutionary history. Here we show that with flow-sorted nuclei, whole genome amplification and next generation sequencing we can accurately quantify genomic copy number within an individual nucleus. We apply single-nucleus sequencing to investigate tumour population structure and evolution in two human breast cancer cases. Analysis of 100 single cells from a polygenomic tumour revealed three distinct clonal subpopulations that probably represent sequential clonal expansions. Additional analysis of 100 single cells from a monogenomic primary tumour and its liver metastasis indicated that a single clonal expansion formed the primary tumour and seeded the metastasis. In both primary tumours, we also identified an unexpectedly abundant subpopulation of genetically diverse ‘pseudodiploid’ cells that do not travel to the metastatic site. In contrast to gradual models of tumour progression, our data indicate that tumours grow by punctuated clonal expansions with few persistent intermediates.
