腫瘤在世界范圍內導致人類死亡的首要原因之一，尤其是隨著醫(yī)療水平的發(fā)展，人類的壽命的不斷延長，癌癥逐漸成為威脅人類健康的首要因素。目前研究人員僅僅對只占人類基因組 2% 的編碼基因進行了較為深入的研究，而對占人類基因近乎 90% 以上非編碼基因的研究尚為淺顯。

隨著近幾年表觀遺傳學的發(fā)展，研究人員發(fā)現，在先前研究中并不重要的非編碼基因其實在基因表達過程中起到至關重要的調節(jié)作用。通過對部分腫瘤的研究，研究人員發(fā)現表觀遺傳學在腫瘤發(fā)生、增殖和轉移過程中均發(fā)揮極其重要的調節(jié)作用。

圖|人類腫瘤表觀遺傳學圖譜刊登于 Science 首頁

癌癥基因組圖譜（TCGA）組織致力于加快腫瘤分子機制的研究，該組織在全球范圍內收集了大量與人類腫瘤組織相關的 DNA 突變，DNA 甲基化，組蛋白修飾、非編碼 RNA 調控等分子生物學信息。

來自斯坦福大學的 Howard Y. Chang 教授的研究團隊利用 TCGA 中的 410 個腫瘤樣本的測序結果繪制了目前最為全面的癌癥染色質可及性圖譜，通過這一圖譜我們可以清楚地知道表觀遺傳學對基因的調控位點及其調控機制。這項研究的最新成果發(fā)表在 Science 雜志。

圖|410 個樣本繪制 23 種癌癥的染色質可及性圖譜

癌癥是一種基因“出錯”導致疾病。為了了解這些有害基因的來源，研究人員不得不從細胞核內部研究細胞轉錄的整個過程。當細胞獲取基因中編碼的信息并通過信使 RNA（mRNA）的形式轉遞遺傳信息時，就會發(fā)生稱之為轉錄的過程。細胞核內的 DNA 就像一條常常的線纏繞在某些蛋白質上，形成一種稱為染色質的線狀結構，染色質進一步盤繞形成一個更大的結構，稱為染色體。由于這種卷曲，細胞的轉錄過程僅能發(fā)生于特定的染色質序列當中。當轉錄因子找到染色質的編碼基因時，該區(qū)域發(fā)生 DNA 雙鏈的解鏈過程，進而產生轉錄。然而，在癌癥的發(fā)生過程中，轉錄過程發(fā)生故障，導致某些不應該表達的基因被激活。

圖|各類癌癥中不同各種突變的蓄積圖譜

為了準確了解在這一關鍵階段所出現的問題，Howard Y. Chang 教授的研究團隊使用來自癌癥基因組圖譜的 410 個腫瘤樣本，這其中囊括了 23 種不同種類的癌癥，并且使用一種稱為 ATAC-seq 的測序技術對這些樣本進行轉座可及性檢測。Howard Y. Chang 教授解釋到，“當基因序列發(fā)生突變時，便會為某個轉錄因子提供額外的附著位點，一旦轉錄因子結合到這一額外的位點便會影響這一突變基因的轉錄過程，并最終誘導癌癥的發(fā)生”。當研究小組對癌組織進行 ATAC-seq 測序時，他們發(fā)現染色質的突變導致了一個新蛋白質結合位點的產生，這一位點與鄰近基因活性的表達增加密切相關，而該基因又是調節(jié)細胞大小，運動和形狀的關鍵基因，因此所有這一系列因素導致了最終癌癥的產生與發(fā)展。

圖|基因印記技術可明確染色質的可及性

雖然研究小組的研究結果尚未應用于臨床當中，但研究人員認為，他們的工作將有助于更好地提高癌癥患者抗癌治療的療效，同時更有助于其他研究者對腫瘤產生機制的理解并幫助其開發(fā)更為有效的抗癌藥物。