Nature子刊:科学家们发现了测量细胞年龄的新方法
2018/04/04
由Van Andel研究院(VARI)和Cedars-Sinai的科学家领导的一个研究小组已经开发出一种简单直观的计算方法来测量细胞年龄,这一成果或将带来更好、更简单的癌症和其他疾病的筛查和监测方法。


来源:CC0 Public Domain

4月2日发表在《Nature Genetics》杂志上的这项研究结果揭示了一种渐进的、可测量的特定化学标记的缺失,这些化学标记调节基因活动,并在发育的最早阶段就可以被检测到。这些持续一生的变化可以反映细胞年龄,同时还预示着癌细胞的变化。


doi:10.1038/s41588-018-0073-4

这项工作是Cedars-Sinai的 Benjamin Berman博士和VARI的Peter W. Laird博士以及Hui Shen博士长期合作的结果。早在2011年, Berman 和 Laird就首次明确这些DNA标记 (称为甲基团)的缺失发生在癌症基因组的特定区域。然而,当时使用的技术无法检测到正常细胞中发生的这一过程。

Laird说:“当细胞开始分裂,细胞时钟就已启动倒计时。新的方法使我们能够追踪过去细胞分裂的历史,并测量与年龄相关的基因编码变化,从而观察它如何导致正常的衰老和功能障碍。”

人体中有接近40万亿个细胞,每一个细胞都可以追溯到一个单一的受精卵细胞,其中包含了个体DNA的原始版本。在人的一生中,,根据身体功能、环境污染和伤口愈合等因素,细胞分裂会以不同的速率替换旧的或受损的细胞。

尽管经过了精心设计的生物质量控制检查,但每个细胞分裂都会破坏基因组的完整性,留下越来越多的变化。其中,最主要的是基因组上甲基团数量和位置的发生了巨大的变化,部分的过程从胚胎发育开始,并在整个生命周期中持续。

Berman说:“最新研究让我们惊讶的是,它们将这一过程的开始推到子宫发育的最早阶段。” “这完全出乎意料,因为目前的假设是,这一过程在癌症发展中相对较晚期。这一发现也表明,它在肿瘤形成过程中起着较早的作用。”

虽然DNA甲基化(称为低甲基化)的缺失是许多癌症的共同特征,但这一现象背后的机制至今仍未为人所知。“高转换率的组织出现的癌症更为严重,如皮肤和上皮细胞,因为有更多的机会来积累和迫使正常细胞改变为恶性肿瘤。”Shen说。“我们所看到的是一种正常的细胞衰老过程,一旦细胞癌变,它就会加速扩张。这种累积效应与失控货运列车类似。”

这项研究涵盖了39个不同的肿瘤,超过340个人类和200个小鼠数据(最深入的研究),如果没有大规模测序项目(包括癌症基因组图谱)的大量公开数据,这是不可能实现的。DNA甲基化损失通常发生在癌症基因组中,主要发生在被称为部分甲基化的区域(PMDs)的层内相关的晚期复制区域内。

“这个研究项目是一个很好的例子,它将我们自己的数据与外部可用数据集相结合以发现新事物。”Zhou说,“如果这个项目是在三年前完成,那么故事的发展就会略有不同。现在,由于获得更广泛的数据,我们才可以取得这项研究成果。”

责编:浮苏

参考资料

Scientists discover new method for measuring cellular age

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  • DNA methylation loss in late-replicating domains is linked to mitotic cell division

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