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2022-08-15臺大團隊解析基因體三維立體結構,初步預測癌細胞的轉移特性 488 期

Author 作者 整理報導|羅億庭

全球的癌症發生率日漸增加,根據臺灣癌症基金會執行長賴基銘引述國際抗癌聯盟(Union for International Cancer Control, UICC)的資料指出,每年因癌症而死亡的人數超過880萬人;而UICC也預估,在未來20年全球的死亡人數將達到每年1300萬人。「癌細胞轉移」是目前針對癌症治療最具挑戰性的課題,如果可以預測患者身上腫瘤轉移的可能性有多高,便能夠對腫瘤進行更加精準、及時的治療與預防。

過往針對癌細胞轉移的研究,多半會試圖以特定基因的表現預測癌細胞是否有可能轉移,但此判斷方式常會落入見樹不見林的窘境,也無法靈活應對腫瘤常出現的個體差異性問題。臺灣大學醫學系教授黃韻如團隊從基因體結構出發,利用「高維度捕獲染色質構象技術」(Hi-C)發現基因體在癌細胞潛移過程中的多元機制,透過觀察癌細胞潛移的變化開拓另一個預測癌症轉移的新思維,有望提升癌症及時的診斷與治療效率,該研究已發表於《基因體生物學》(Genome Biology)期刊。

上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)發生在癌細胞準備轉移的時候,此時排列緊密、不容易移動的上皮型癌細胞會轉化為間質型癌細胞,且細胞排列會變得較為鬆散並有利於細胞爬行。在EMT過程中,「純上皮」細胞會先降低自身上皮型基因(epithelial gene)的表現,形成排列比較不緊密的類上皮細胞;而後細胞會再進一步促進它間質基因(mesenchymal gene)的表現,進而轉變為爬行能力較強的「類間質細胞」,藉此一步步提升細胞入侵其他周邊組織的能力,並達成癌症轉移。

過往研究大多認為純上皮細胞會同時「抑制」與「促進」特定基因的表現,令細胞從上皮型直接轉化成間質型。而黃韻如團隊透過Hi-C捕獲技術,解析基因體的三維立體結構並了解染色質的結構差異,發現上皮與間質基因表現程度的不同,是透過不一樣的調控規則以及機轉來改變染色體。團隊發現,不具轉移能力的「純上皮」癌細胞在擺脫原先上皮細胞的特徵、關閉上皮基因表現時,會先針對基因的局部區塊拉起封鎖線,令上皮不分化但又不改變基因體大環境的結構;若是要進一步開啟間質基因的表現,便會將基因整體的結構舒展開來,在環境互動中成為具有高侵襲及轉移能力的「純間質」癌細胞。

利用特殊技術,黃韻如團隊首次開發出單細胞Hi-C的方法,藉此觀察癌細胞的異質性。透過分析染色體的立體結構變化,初步預測哪些癌細胞可能具有易轉移特性,以判斷腫瘤是否容易產生遠端轉移。此方式能提供我們未來從基因結構預測腫瘤發展的新方向,提升癌症的及時診斷、治療效率。