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量身打造癌症醫療 果蠅幕後推手

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撰文/ Joanne Shih

遺傳學研究的大功臣

提起果蠅(Drosophila melanogaster)許多人往往是為恐避之不及,第一印象就是盤旋在過熟或腐敗水果旁的惱人飛蠅,但其實在生物學以及遺傳學研究中,果蠅是最佳的模式生物(model organism)之一,具有四對染色體(chromosomes),一對為掌管性別的性染色體(sex chromosome),另外三對則是決定其他性狀表現的體染色體(autosomes),相較於有 23 對染色體的人類,果蠅簡單的染色體組成有利於早期的基因定序研究,在實驗室中只需要半瓶牛奶或過熟的香蕉就能得到大量果蠅,不僅體積小且易於培養,再加上具有相當短的繁殖週期,大約十天就可以繁殖一代,需要觀察數個世代的實驗在幾週內即可完成;在二十世紀初,遺傳學家摩根(Thomas Hunt Morgan)使用果蠅進行遺傳學的實驗,往後科學家也相繼研究果蠅,建立了許多遺傳學的基礎知識。

建立在前人的研究成果之上,至今許多的生物包含人類的基因已經完全解碼,更發現果蠅有部分基因與人類極為相似,讓我們不只從分子生物的層級認識不同的物種,瞭解物種演化、遷移的過程,人們現在更將這項工具應用於疾病的分析,當前最令人振奮的就是癌症相關的研究,於 2006 年美國國家癌症研究所 (National Cancer Institute,NCI)以及美國國家人類基因研究所(National Human Genome Research Institute,NHGRI)合作主導展開大規模的癌症基因圖譜(The Cancer Genome Atlas,TCGA)計畫,蒐集來自 11,000 名癌症患者的癌細胞組織以及正常組織,透過複雜的定序與分析過程,完成 33 種不同的癌症型態(cancer types)以及亞型(subtypes)的基因圖譜,其中包含了 10 種罕見癌症,如:膽管癌、惡性肉瘤以及胸腺癌等,希望透過全面、系統性的分析,找出各種致癌的關鍵基因,計畫主導單位更將研究資料完全公開,讓全世界的研究者都能取用這些珍貴資源,以期在各界合作之下,能更快找出有效控制與治療癌症的方法。

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延伸閱讀:胞外體衍生的新興抗癌療法

果蠅開創癌症治療新紀元

美國癌症研究學會(American Association or Cancer Research,AACR)於 2013 年提出精準治療(Precision Medicine)的目標,致力於建立個人化的癌症基因組,針對特定的致癌機制設計治療方式,今年初在臨床癌症研究期刊發表一篇前瞻的報導,研究團隊利用 TCGA 的癌症基因資料庫,從中篩選出造成人類結腸癌最常見的基因突變組合,我們知道細胞癌化不會只由一種基因調控,往往都是多基因發生變異,將結腸癌的基因資料統計分析之後,發現某些結腸癌患者是由單一的 rasG12V 基因變異所造成,而某些患者的致癌機制則是由 rasG12V、p53RNAi、ptenRNAi 以及 apcRNAi 四種同時調控,進一步應用這些資訊,研究人員將人類結腸癌的基因轉殖到果蠅身上,在果蠅基因中建立相對應的多基因模組,除了觀察轉殖基因對成年果蠅結腸造成的生理變化,確實反映了人類結腸癌的疾病特徵。

建立於果蠅的癌症多基因模組,協助瞭解不同基因的致癌潛能(tumorgenic potential)與轉移潛能(etastatic potential),研究人員更使用 16 種不同的標靶藥物進行測試,發現當癌症僅由一個 rasG12V 基因調控時,有12 種藥物可以抑制癌細胞生長,而當四種基因同時參與癌細胞表現時,單獨使用任何標靶藥物都無效,得出多基因模組在誘發癌症以及藥物抗藥性中扮演關鍵角色;這份研究揭示了癌症治療的新契機,未來可以透過癌細胞採樣、基因定序,以建立個人化的癌症基因模組,並將相對應的基因轉殖至果蠅身上,藉此模型測試並篩選各種不同的標靶藥物,並評估藥物效果,願景為病患設計專屬的癌症醫療。

延伸閱讀:遺傳性乳腺癌,光檢測BRCA1/BRCA2基因夠不夠

延伸閱讀:解譯基因奧秘:基因體英格蘭招募癌症病患

參考文獻
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

圖片來源
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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