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Nature:大规模癌症调查重要发现

来源/作者:alax   发表时间:2016-04-14 15:28:13  
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  新南威尔士大学的医学科学家们发现,在我们基因组中一些重要的区域DNA修复受损,进一步揭示了人体修复DNA损伤的能力。

 

新南威尔士大学的医学科学家们发现,在我们基因组中一些重要的区域DNA修复受损,进一步揭示了人体修复DNA损伤的能力。

紫外线辐射和吸烟等许许多多的因素都可以导致DNA突变,修复它们造成的DNA损伤是保护我们的细胞避免癌变的一个基本过程。

在发表于《自然》(Nature)杂志上的一项新研究中,科学家们分析了来自14种癌症类型1,161个肿瘤的2000多万DNA突变。他们发现在许多癌症类型,尤其是皮肤癌中,称作为“基因启动子”的基因组区域内突变数量特别的高。有意义地是,这些DNA序列控制了基因的表达方式,转而决定了细胞类型及功能。

研究人员证实,基因启动子中的DNA突变数量增加,是因为结合DNA控制基因表达的一些蛋白质阻止了我们的一个细胞修复系统修复损伤DNA。这一系统被称作为核苷酸切除修复(NER),是人类细胞中许多的DNA修复机制之一,但却是唯一能够修复紫外线造成DNA损伤的机制。

研究的主要作者、新南威尔士大学Lowy癌症研究中心生物信息学和综合基因组学课题组领导者Jason Wong说,这些结果提供了令人信服的证据表明,是由于NER系统受损导致了基因启动子位点突变增加。

“这项研究还告诉了我们,尽管人类能够很好地修复自身,当我们遭受来自诸如紫外线和吸烟等诱变剂的损伤时,我们基因组的某些区域修复不良,”Wong说。

“通过积极避免这些有害的环境因素,我们可以将我们身体中可导致癌症的突变数量减至最少。”

在国际上,到目前为止科学家们还只确定了一种启动子突变:端粒酶逆转录酶(TERT)基因明确地促进了癌症。

Wong博士说:“我们的研究强调了需要进一步地研究基因启动子突变在癌症形成中的作用。”

“这或许最终可以帮助医生确定一些癌症形成的原因,使得他们能够更早期诊断出癌症,并为患者挑选出更具针对性的疗法。”

研究的合著作者、新南威尔士大学副教授、血液学家John Pimanda说:“这些研究结果给人的印象尤其深刻,这是因为它们是通过利用现有和公开可用的‘大数据’,简单地询问一些正确的问题揭示出来的。”

“我们不需要花时间和金钱去招募患者,调查他们的癌症,测序他们的癌症基因组。所有的数据都是研究人员在公共数据分享平台上获得的。”

Pimanda说:“这项研究凸显了投资生物信息学和基因组学研究带来的回报。”

2015年的诺贝尔化学奖颁发给了细胞DNA修复机制的相关研究。理解细胞如何修复损伤的DNA,揭示机体细胞自发地修复引发疾病的DNA突变的机制,对于研究者们开发出有效的抗癌疗法将具有非常重要的意义。

BRCA1已知是通过修复DNA断裂来抑制癌症。这种DNA损伤通常伴随着年龄的增长和环境损害而出现。来自德克萨斯大学癌症治疗与研究中心(CTRC)的科学家们,更深入地认识了BRCA1基因在正常乳腺癌组织中发挥功能的机制,以及BRCA1丧失是如何导致乳腺癌的。这项研究发表在Nature Communications杂志上。

DNA双链断裂(DSBs)是最严重的一种遗传缺陷形式,可导致癌症及治疗耐药。来自德克萨斯大学MD安德森癌症中心、上海交通大学和四川大学的研究人员报告称,他们发现了一种代谢酶——延胡索酸酶(fumarase)在DNA复制中所起的作用。研究结果发布在2015年8月3日的Nature Cell Biology杂志上。

在每一次细胞分裂过程中,都有超过33亿的基因组DNA碱基对要被精确地复制及分离到子细胞中。而当DNA模板受到损害,复制机器停滞不前之时会发生什么呢?为了解答这一问题,来自马克斯普朗克生物化学研究所Matthias Mann研究小组的科学家,与哥本哈根大学和哈佛医学院等处的同事们,分析了在遭遇受损DNA的情况下DNA复制机器的蛋白质成分发生改变的机制。这项研究发表在2015年5月1日的Science杂志上。

推荐原文摘要:

Differential DNA repair underlies mutation hotspots at active promoters in cancer genomes

Promoters are DNA sequences that have an essential role in controlling gene expression. While recent whole cancer genome analyses have identified numerous hotspots of somatic point mutations within promoters, many have not yet been shown to perturb gene expression or drive cancer development1, 2, 3, 4. As such, positive selection alone may not adequately explain the frequency of promoter point mutations in cancer genomes. Here we show that increased mutation density at gene promoters can be linked to promoter activity and differential nucleotide excision repair (NER). By analysing 1,161 human cancer genomes across 14 cancer types, we find evidence for increased local density of somatic point mutations within the centres of DNase I-hypersensitive sites (DHSs) in gene promoters. Mutated DHSs were strongly associated with transcription initiation activity, in which active promoters but not enhancers of equal DNase I hypersensitivity were most mutated relative to their flanking regions. Notably, analysis of genome-wide maps of NER5 shows that NER is impaired within the DHS centre of active gene promoters, while XPC-deficient skin cancers do not show increased promoter mutation density, pinpointing differential NER as the underlying cause of these mutation hotspots. Consistent with this finding, we observe that melanomas with an ultraviolet-induced DNA damage mutation signature show greatest enrichment of promoter mutations, whereas cancers that are not highly dependent on NER, such as colon cancer, show no sign of such enrichment. Taken together, our analysis has uncovered the presence of a previously unknown mechanism linking transcription initiation and NER as a major contributor of somatic point mutation hotspots at active gene promoters in cancer genomes.

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