腫瘤細胞染色體粉碎模型中的瘤內異質性與基因組進化

《腫瘤細胞染色體粉碎模型中的瘤內異質性與基因組進化》是依託四川大學，由蔡浩洋擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：腫瘤細胞染色體粉碎模型中的瘤內異質性與基因組進化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蔡浩洋
• 依託單位：四川大學

項目摘要

“染色體粉碎”是近年來發現的腫瘤發生的新機制，與傳統的癌症發生論完全不同。傳統理論認為腫瘤發生是由基因突變的逐步積累所致，然而在染色體粉碎事件中，細胞的染色體破碎為許多碎片，之後又被隨機地重新組裝起來，在短時間內造成大量的染色體重排，使正常細胞迅速轉化為癌細胞。目前該現象的分子機制和粉碎發生後細胞基因組的進化過程仍不清楚。本項目擬採用“多區域測序”的方法解析染色體粉碎發生髮展的過程。利用基因組晶片篩選具有染色體粉碎特徵的腫瘤樣本，對這些樣本進行多區域全外顯子組測序，獲取單個腫瘤在空間上隔離的多個區域的基因突變譜。對比各區域突變譜的差異，分析腫瘤的瘤內異質性。根據突變在區域中出現的頻率推斷突變出現的時間順序，並構建腫瘤基因組進化樹，鑑別觸發該事件的關鍵基因突變。本項目的實施將從時間和空間兩個層面解析染色體粉碎模型中細胞基因組的進化途徑，進一步闡明這一腫瘤發生的新機制，完善現有的癌症發生論。

結題摘要

傳統的癌症發生理論認為細胞的癌變是一個多階段且相對緩慢的過程。然而近年來在腫瘤細胞中發現的“染色體粉碎”現象顯示，細胞基因組可以通過粉碎和重組在短時間內積累起大量的變異，從而導致正常細胞快速轉變為癌細胞，這被認為是腫瘤發生的新機制。然而，該現象的分子機制和粉碎發生後細胞基因組的進化過程仍不清楚。在本課題中，我們通過腫瘤樣本多位點測序的方法研究染色體粉碎現象的瘤內異質性。我們首先收集了所有已經發表的腫瘤異質性相關文獻，提取了異質性數據並進行歸一化，建立了CancerTracer資料庫，對其中大部分樣本構建了系統發育樹，用於建立和跟蹤單個腫瘤在發生髮展過程中的進化軌跡。其次，我們收集了乳腺癌臨床樣本，利用之前開發的染色體粉碎檢測算法和工具篩選具有染色體粉碎現象的樣本，並對這些樣本進行了多位點取樣和外顯子捕獲測序。為了提高外顯子的捕獲效率，我們升級了PCR引物設計和質量檢測工具 - MFEprimer-3.0，使該工具的穩定性和運行速度都得到了極大的提升，從之前的特異性評估工具升級為全面的引物質量評估工具。根據多位點外顯子測序數據，我們鑑定了突變基因在腫瘤中的空間分布情況，並對每個染色體粉碎樣本構建了系統發育樹，識別出粉碎事件初期的基因突變和信號通路。我們推斷染色體粉碎的產生可能是由於多點損傷造成基因組不穩定，並最終導致DNA破碎。另外，我們對宮頸癌和頭頸鱗癌分別進行了大數據分析，揭示了染色體粉碎現象在不同腫瘤類型中的熱點區域和異質性程度。在本課題的支持下，課題組在Nucleic Acids Research和Molecular Genetics and Genomics等雜誌發表了相關SCI論文3篇。