健康組織充滿基因體變異? 早期篩檢應更謹慎!

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DNA 在複製過程發生隨機錯誤,促使細胞在分裂階段發生突變,然後它們在正常組織內繁殖以產生體細胞複製體的組織碎片,被稱為鑲嵌現象(mosaicism,又稱馬賽克)。先前研究已發現,皮膚、食道和血液等組織存在高度鑲嵌性。

近日,麻省理工學院和哈佛大學研究所 Keren Yizhak 博士的研究團隊收集 488人且超過 6700 個健康人體組織樣本,包含腦和膀胱到乳房和前列腺組織等,進行 29 種不同組織類型的基因體變異分析。然後,他們發現 95% 的組織樣本至少有一種突變鑲嵌體(mosaic),而其中許多細胞都可能帶有致癌的基因突變。該論文是科學界第一項分析許多人體組織中正常細胞基因突變情況的研究,可望幫助科學家更好地理解癌症的起源,以及如何更早地發現癌症。該研究相關結果發表於《Science》。

該研究團隊從基因型組織表達(Genotype–Tissue Expression, GTEx)項目中挖掘一個 RNA 序列數據庫,而不是針過微小樣本進行 DNA 定序。由於人體使用DNA 作為模板生成 RNA 序列,DNA的突變有時會反映在 RNA 中。然而,他們的研究方法也有其限制,並不是所有的 DNA 都會編碼 RNA,因此也就不是所有的 DNA 突變都會在 RNA 序列中顯現出來。再加上由於 GTEx 項目的樣本數量相對較大,具有獨特基因組的小細胞群體的 DNA 鑲嵌體很可能會被忽略。此外,RNA 轉錄本也含有大量雜訊或不必要的序列,因此他們開發一種RNA-MuTect 來辨識體細胞突變,同時盡可能降低偽陽性的發生率。

他們進一步來分析發現,95% 的健康具有至少一片鑲嵌體組織,其中 40% 的鑲嵌體相當大。在 5% 的突變組織中,發現五種以上的突變類型。大多數突變並不顯著,但其中許多突變也見於癌症組織。與先前的研究相比,一些組織類型的鑲嵌體比預期的要少,但更多的組織顯示更多的鑲嵌體,如腎臟、肌肉和肝臟等。

突變率也與環境暴露、與年齡相關的暴露以及組織的增殖速度有關。其中,暴露於菸霧、污染物和紫外線的皮膚、食道和肺臟等組織具有最高的鑲嵌率。隨著年齡的增長,突變也在肺臟和皮膚等組織中堆積,在 45 歲以上的人群中含有大量突變,但在分化較慢或根本不分裂的組織中未見到這種情況。

他們也更具體分析基因體變異發現,重要的修復DNA損傷基因 TP53 是最常見的突變位點之一,TP53 的突變與癌症有關,但在細胞產生腫瘤之前,其他基因可能需要額外的突變。

Yizhak 博士表示,這些基因體突變已經出現在正常細胞中,代表人們需要對癌症早期篩檢更加謹慎。該研究團隊 Gad Getz 教授也表示,他們未來仍需進一步區分最終會造成癌症的鑲嵌體以及永遠不會造成癌症的鑲嵌體。

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參考資料:
1. Yizhak, K. et al. Science 364, eaaw0726 (2019).
2. https://www.nature.com/articles/d41586-019-01780-9
3. https://www.sciencenews.org/article/healthy-people-mutations-cancer-tissue-cells

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