健康组织充满基因体变异? 早期筛检应更谨慎!

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DNA 在复制过程发生随机错误,促使细胞在分裂阶段发生突变,然后它们在正常组织内繁殖以产生体细胞复制体的组织碎片,被称为镶嵌现象(mosaicism,又称马赛克)。先前研究已发现,皮肤、食道和血液等组织存在高度镶嵌性。

近日,麻省理工学院和哈佛大学研究所 Keren Yizhak 博士的研究团队收集 488人且超过 6700 个健康人体组织样本,包含脑和膀胱到乳房和前列腺组织等,进行 29 种不同组织类型的基因体变异分析。然后,他们发现 95% 的组织样本至少有一种突变镶嵌体(mosaic),而其中许多细胞都可能带有致癌的基因突变。该论文是科学界第一项分析许多人体组织中正常细胞基因突变情况的研究,可望帮助科学家更好地理解癌症的起源,以及如何更早地发现癌症。该研究相关结果发表于《Science》。

该研究团队从基因型组织表达(Genotype–Tissue Expression, GTEx)项目中挖掘一个 RNA 序列数据库,而不是针过微小样本进行 DNA 定序。由于人体使用DNA 作为模板生成 RNA 序列,DNA的突变有时会反映在 RNA 中。然而,他们的研究方法也有其限制,并不是所有的 DNA 都会编码 RNA,因此也就不是所有的 DNA 突变都会在 RNA 序列中显现出来。再加上由于 GTEx 项目的样本数量相对较大,具有独特基因组的小细胞群体的 DNA 镶嵌体很可能会被忽略。此外,RNA 转录本也含有大量噪声或不必要的序列,因此他们开发一种RNA-MuTect 来辨识体细胞突变,同时尽可能降低伪阳性的发生率。

他们进一步来分析发现,95% 的健康具有至少一片镶嵌体组织,其中 40% 的镶嵌体相当大。在 5% 的突变组织中,发现五种以上的突变类型。大多数突变并不显著,但其中许多突变也见于癌症组织。与先前的研究相比,一些组织类型的镶嵌体比预期的要少,但更多的组织显示更多的镶嵌体,如肾脏、肌肉和肝脏等。

突变率也与环境暴露、与年龄相关的暴露以及组织的增殖速度有关。其中,暴露于菸雾、污染物和紫外线的皮肤、食道和肺脏等组织具有最高的镶嵌率。随着年龄的增长,突变也在肺脏和皮肤等组织中堆积,在 45 岁以上的人群中含有大量突变,但在分化较慢或根本不分裂的组织中未见到这种情况。

他们也更具体分析基因体变异发现,重要的修复DNA损伤基因 TP53 是最常见的突变位点之一,TP53 的突变与癌症有关,但在细胞产生肿瘤之前,其他基因可能需要额外的突变。

Yizhak 博士表示,这些基因体突变已经出现在正常细胞中,代表人们需要对癌症早期筛检更加谨慎。该研究团队 Gad Getz 教授也表示,他们未来仍需进一步区分最终会造成癌症的镶嵌体以及永远不会造成癌症的镶嵌体。

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参考资料:
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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