環狀 DNA 加速複製致癌基因,促進腫瘤細胞惡化

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 23 日 12:21 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly


正常人類 DNA 呈現漂亮的雙股螺旋狀,但癌症患者體內的捱細胞中,DNA 形狀常變成環狀,現在聖地牙哥加州大學團隊新研究進一步指出,環形 DNA 就像叛變小兵,能加速腫瘤惡化進程,並抵抗現有治療方法。

DNA(去氧核醣核酸)組成的遺傳指令引導著生物發育與生命機能運作,是一種由兩條互相纏繞的長鏈組成之聚合物,長鏈本身由醣類(脫氧核糖)和磷酸基團藉由酯鍵相連構成,而兩條長鏈之間透過以氫鍵相互吸引的鹼基纏繞在一起,稱為鹼基對;排列在 DNA 單鏈上的鹼基又與脫氧核糖、磷酸組成單核苷酸,每 3 個單核甘酸組成 1 個「密碼子」,打個比方,類似英文字母排序以形成有意義的單詞。

接著 DNA 在細胞核中攀著組織蛋白(histone)形成染色體結構,細胞核內有 46 條染色體,如果將單個細胞核內所有 DNA 排成一條線,則總長超過 112 億公里,比太陽系直徑還要長 2 倍。

這種極度壓縮的結構讓遺傳訊息高度受控,負責讀取與執行 DNA 遺傳指令的分子只能視需求訪問某些基因,其他則維持隱藏狀態,細胞會在此時藉解旋酶(Helicases)和其他複雜機制解開 DNA 緊密結合的兩股長鏈,防止信使分子亂複製。

然而一組科學團隊發現,癌細胞中出現大量呈現環狀的「染色體外 DNA(extrachromosomal DNA,ecDNA)」,它們會改變癌基因的表達方式並促成更侵略的惡性行為,導致腫瘤成長更快速、還能抵抗外來威脅(如化療、放療和其他療法)。

研究人員進一步分析後發現,癌症中的環狀 ecDNA 儘管也纏繞在組織蛋白周圍,但結構不再緊密,而是能輕鬆打開更多位置、讓信使分子快速轉錄和表達遺傳訊息,這種功能能讓腫瘤細胞生成大量惡化的癌基因,進化也快速,從而對環境與潛在威脅做出更有力的反擊。

研究強調了癌細胞如何不按常理出牌、不遵守真核細胞正常的生物學規則,由於 ecDNA 從染色體上脫落下來後就隨機掛在細胞內其他 DNA 片段上,說明癌細胞似乎並不是透過正常的有絲分裂過程形成子細胞,而是藉由隨機分配帶有致癌基因的 ecDNA,讓子細胞在分裂過程中接收到多個拷貝的致癌基因,導致癌症加速發展。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:聖地牙哥加州大學

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