在每一个细胞里,在每一个细胞核里,你的持续存在依赖于一个极其复杂的“舞蹈”——蛋白质不断地包裹和解开DNA,即使是很小的失误也会导致癌症。
芝加哥大学的一项新研究揭示了这个过程种以前不为人知的部分——对人类健康有重大影响的部分。
在10月2日发表在《自然》(Nature)杂志上的这项研究中,由芝加哥大学Chuan He教授领导的科学家团队,与德克萨斯大学圣安东尼奥健康科学中心的Mingjiang Xu教授合作,发现RNA通过一种名为TET2的基因,在DNA如何被包装和储存在细胞中发挥着重要作用。这条通路似乎也解释了一个长期存在的谜题——为什么如此多的癌症和其他疾病都与TET2相关的突变有关——并提出了一系列新的治疗目标。
“这代表了概念上的突破,”He说,“它不仅为几种疾病的治疗提供了靶点,而且我们正在增加生物学中染色质调节的宏伟图景。我们希望现实世界的影响会非常大。”
RNA的启示
He的实验室有几项发现颠覆了我们对基因表达方式的认识。2011 年,他们发现,除了 DNA 和蛋白质的修饰外,RNA 的修饰也可能控制基因的表达。
从那以后,这一团队发现了越来越多的方法,RNA甲基化从根本上参与了植物和动物王国中基因的开启和关闭。
由此他们把注意力转向了一种叫做TET2的基因。很长一段时间以来,我们都知道当TET2或与TET2相关的基因发生突变时,各种各样的问题随之而来。这些突变发生在10-60%的不同人类白血病病例中,也会出现在其他类型的癌症中。问题是我们不知道原因——这极大地阻碍了对治疗方法的探索。
TET家族的其他成员作用于DNA,所以多年来,研究人员一直在研究TET2对DNA的影响。但他的实验室发现他们一直在寻找错误的地方:TET2实际上影响RNA。
当你的细胞打印自己的遗传物质副本时,它们必须被整齐地包装和折叠以供以后参考;这些包裹被称为染色质。如果没有正确地发生,各种各样的问题就会随之而来。事实证明,RNA在这一过程中起着关键作用,它的作用是由TET2通过一种被称为甲基化的修饰过程控制的。
通过一系列巧妙的实验,移除基因并观察发生了什么,He实验室团队展示了这是如何工作的。他们发现TET2控制着一种被称为m5C的修饰在某些类型的RNA上发生的频率,这种修饰吸引了一种被称为MBD6的蛋白质,而MBD6反过来又控制着染色质的包装。
当你还是婴儿的时候,你的细胞正在积极地分裂成不同类型的细胞,TET2放松了缰绳,这样染色质就能更容易地接触到,干细胞就能变成其他细胞。但一旦你成年,TET2就会收紧缰绳。如果这种抑制力量失去了,MBD6就会自由发挥,灾难就会随之而来。
He说:“如果你有TET2突变,你就重新打开了这条最终可能导致癌症的生长途径——尤其是在血液和大脑中,因为这条途径在血液和大脑发育中似乎是最重要的。”
作为最后的确认,研究小组在培养皿中测试了人类白血病细胞。当研究小组去除细胞产生MBD6的能力时,有效地控制了缰绳,白血病细胞全部死亡。
“银弹”(妙方)
对癌症研究人员来说,这一发现最令人兴奋的部分是,它为他们提供了一套全新的药物靶点。
He与芝加哥大学波尔斯基创业与创新中心合作,成立了一家创业公司,专门开发这种药物。他说:“我们希望能从中得到一颗银子弹,通过靶向由于TET2或IDH缺失而激活的特定途径,选择性地消灭癌细胞。”
但我们也知道,TET2突变除了会导致癌症,还会带来其他后果。TET2突变也发生在70岁以上的一小部分成年人中,并导致心脏病、中风、糖尿病和其他炎症性疾病的风险增加,这种疾病被称为CHIP。
“这些患者有TET2突变的血细胞,但它们还没有导致癌症,但是这些TET2突变细胞更具炎症性,当它们循环时,它们会增加患心脏、肝脏和肾脏疾病的风险。现在,我不能给这些病人开任何处方,因为他们还没有癌症,但如果我们能消除这些突变细胞,我们就能改善他们的生活。”芝加哥大学医学院的肿瘤学家和医学助理教授Caner Saygin解释说,他专门治疗CHIP患者,也与He实验室合作了几个项目。
彻底的改变
这一发现也彻底改变了我们对染色质的理解,从而改变了整个基因表达。
以前,我们知道一种叫做m6A的RNA甲基化形式会影响基因的表达——它的位置和移除会影响染色质的包装,而染色质的包装又决定了DNA的哪一段被转化为现实。
但如果m5C也属于这一类,那就表明这是一种控制染色质和基因表达的一般机制,可能还有更多。“如果有第二个,你可能会有第三个,第四个,第五个,这表明染色质上的RNA修饰是染色质和基因转录调控的主要机制。我们认为这条途径只是冰山一角。”