量身打造癌症医疗 果蝇幕后推手

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撰文/ Joanne Shih

遗传学研究的大功臣

提起果蝇(Drosophila melanogaster)许多人往往是为恐避之不及,第一印象就是盘旋在过熟或腐败水果旁的恼人飞蝇,但其实在生物学以及遗传学研究中,果蝇是最佳的模式生物(model organism)之一,具有四对染色体(chromosomes),一对为掌管性别的性染色体(sex chromosome),另外三对则是决定其他性状表现的体染色体(autosomes),相较于有 23 对染色体的人类,果蝇简单的染色体组成有利于早期的基因定序研究,在实验室中只需要半瓶牛奶或过熟的香蕉就能得到大量果蝇,不仅体积小且易于培养,再加上具有相当短的繁殖周期,大约十天就可以繁殖一代,需要观察数个世代的实验在几周内即可完成;在二十世纪初,遗传学家摩根(Thomas Hunt Morgan)使用果蝇进行遗传学的实验,往后科学家也相继研究果蝇,建立了许多遗传学的基础知识。

建立在前人的研究成果之上,至今许多的生物包含人类的基因已经完全解码,更发现果蝇有部分基因与人类极为相似,让我们不只从分子生物的层级认识不同的物种,了解物种演化、迁移的过程,人们现在更将这项工具应用于疾病的分析,当前最令人振奋的就是癌症相关的研究,于 2006 年美国国家癌症研究所 (National Cancer Institute,NCI)以及美国国家人类基因研究所(National Human Genome Research Institute,NHGRI)合作主导展开大规模的癌症基因图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)计画,蒐集来自 11,000 名癌症患者的癌细胞组织以及正常组织,透过复杂的定序与分析过程,完成 33 种不同的癌症型态(cancer types)以及亚型(subtypes)的基因图谱,其中包含了 10 种罕见癌症,如:胆管癌、恶性肉瘤以及胸腺癌等,希望透过全面、系统性的分析,找出各种致癌的关键基因,计画主导单位更将研究资料完全公开,让全世界的研究者都能取用这些珍贵资源,以期在各界合作之下,能更快找出有效控制与治疗癌症的方法。

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果蝇开创癌症治疗新纪元

美国癌症研究学会(American Association or Cancer Research,AACR)于 2013 年提出精准治疗(Precision Medicine)的目标,致力于建立个人化的癌症基因组,针对特定的致癌机制设计治疗方式,今年初在临床癌症研究期刊发表一篇前瞻的报导,研究团队利用 TCGA 的癌症基因数据库,从中筛选出造成人类结肠癌最常见的基因突变组合,我们知道细胞癌化不会只由一种基因调控,往往都是多基因发生变异,将结肠癌的基因资料统计分析之后,发现某些结肠癌患者是由单一的 rasG12V 基因变异所造成,而某些患者的致癌机制则是由 rasG12V、p53RNAi、ptenRNAi 以及 apcRNAi 四种同时调控,进一步应用这些资讯,研究人员将人类结肠癌的基因转殖到果蝇身上,在果蝇基因中建立相对应的多基因模组,除了观察转殖基因对成年果蝇结肠造成的生理变化,确实反映了人类结肠癌的疾病特征。

建立于果蝇的癌症多基因模组,协助了解不同基因的致癌潜能(tumorgenic potential)与转移潜能(etastatic potential),研究人员更使用 16 种不同的标靶药物进行测试,发现当癌症仅由一个 rasG12V 基因调控时,有12 种药物可以抑制癌细胞生长,而当四种基因同时参与癌细胞表现时,单独使用任何标靶药物都无效,得出多基因模组在诱发癌症以及药物抗药性中扮演关键角色;这份研究揭示了癌症治疗的新契机,未来可以透过癌细胞采样、基因定序,以建立个人化的癌症基因模组,并将相对应的基因转殖至果蝇身上,借此模型测试并筛选各种不同的标靶药物,并评估药物效果,愿景为病患设计专属的癌症医疗。

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参考文献
1.Abstract 34: A Drosophila approach to personalized cancer therapeutics. Clinical Cancer Research, January 1, 2016
2.The Cancer Genome Atlas: http://cancergenome.nih.gov
3.American Association or Cancer Research: http://www.aacr.org/Pages/Home.aspx
4.Wikipedia – Drosophila melanogaster: https://en.wikipedia.org/wiki/Drosophila_melanogaster

图片来源
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2219011/The-fruit-fly-diet-Scientists-insects-quickly-learn-forgo-sweet-foods-healthier-options.html

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