圖片來自PD-NASA; PD-USGOV-NASA
2017年8月22日/
生物谷BIOON/---有助讓細胞永生化的突變對
腫瘤產生是至關重要的，但是在一項新的研究中，來自美國加州大學伯克利分校等研究機構的研究人員指出細胞變成永生化遠比原來想像的更為複雜。相關研究結果於2017年8月17日在線發表在
Science期刊上，論文標題為「Mutations in the promoter of the telomerase gene TERT contribute to tumorigenesis by a two-step mechanism」。
細胞永生化的關鍵是一種被稱作
端粒酶的酶，它讓染色體在經常分裂的細胞中保持健康。這種酶延長染色體末端的
端粒，在每次細胞分裂期間，這些端粒就會變短。
當端粒太短時，染色體末端彼此間連接在一起，當細胞分裂時，這會造成破壞，在大多數情況下會殺死細胞。
鑑於端粒隨著細胞年齡的增加而變短，科學家們從理論上認為，從不會衰老的癌細胞通過產生細胞在正常情形下不會產生的端粒酶而變得永生化，從而是得這些細胞永久性地保持較長的端粒。經估計，90%的惡性腫瘤利用端粒酶實現永生化，而且提出的多種癌症療法都著重關注降低端粒酶在
腫瘤中的產生。
在這項新的研究中，這些研究人員以體外培養的基因組工程細胞為實驗對象研究了永生化過程，而且當皮膚細胞從痣進展為惡性
黑色素瘤時，也追蹤了它們，結果提示著端粒酶在癌症中起著更為複雜的作用。
論文通信作者、加州大學伯克利分校分子與
細胞生物學助理教授Dirk Hockemeyer說：「我們的研究結果對如何考慮促進癌症產生的最早過程和將端粒酶作為治療靶點產生影響。這也意味著端粒生物學在癌症產生的早期階段發揮的作用已被極大地忽視。我們在
黑色素瘤中的發現很可能也適合其他的癌症類型，這也就意味著人們會更加仔細地研究較早的端粒縮短作為一種
腫瘤抑制機制所發揮的作用。」
從痣到癌症Hockemeyer、他在加州大學伯克利分校的同事們與加州大學舊金山分校皮膚病理學家Boris Bastian及其同事合作，發現細胞永生化是一個兩步驟過程，最初由激活端粒酶的突變引起，但這種激活水平較低。該突變位於端粒酶基因上遊的一個啟動子（被稱作TERT），該啟動子調節著端粒酶的表達水平。四年前，已有人報導過，大約70％的惡性
黑色素瘤在TERT啟動子中具有這種相同的突變。
Hockemeyer說，這種TERT啟動子突變不能產生足夠的端端粒酶來使得前癌細胞永生化，但會延緩正常的細胞衰老，從而允許有更多的時間來讓更多的激活端粒酶的變化發生。他猜測端粒酶水平足以延長最短的端粒，但不能讓它們一直具有較長的長度和保持健康。
如果細胞未能增加端粒酶表達，那麼它們也不能永生化，並且最終因端粒變短而死亡，這是因為染色體連接在一起，在細胞分裂時會破碎。具有這種TERT啟動子突變的細胞更可能上調端粒酶，這就使得它們儘管具有非常短的端粒，但仍能繼續生長。
不過，Hockemeyer說，端粒酶水平是較低的，結果就是一些未受保護的染色體末端在存活的突變細胞中出現，這可能導致突變和進一步促進
腫瘤形成。
Hockemeyer說，「在我們的論文發表之前，人們可能認為在TERT啟動子中僅獲得這一個突變就足以使細胞永生化，以及當這種情形在任何時候發生時，端粒縮短就被消除。我們證實這種TERT啟動子突變不能立即足以阻止端粒縮短。」
然而，仍然不清楚最終是什麼導致端粒酶上調表達，從而使得細胞發生永生化。 Hockemeyer說，它不可能是另一個突變，而是影響端粒酶基因表達的表觀
遺傳變化，或轉錄因子或其他的結合到端粒酶基因上遊啟動子上的調節蛋白表達的變化。
「然而，我們有證據證實，第二步必須發生，而且是在端粒的長度縮短至一個臨界值時發生的，在這時，端粒是功能故障的，並且導致基因組不穩定。」
回想起來，這並不令人吃驚雖然大多數癌症似乎需要端粒酶變得永生化，但已知只有約10％至20％的癌症在端粒酶基因上遊的啟動子中發生單核苷酸變化。然而，這包括大約70％的
黑色素瘤和50％的肝和膀胱癌。
Hockemeyer說，用來支持這種TERT啟動子突變上調端粒酶表達的理論的證據一直是自相矛盾的：癌細胞往往具有較短端粒的染色體，但具有更高水平的端粒酶，這種高水平應當會產生更長的端粒。
根據這些新的發現，端粒在癌前細胞（precancerous cell）中比較短，這是因為端粒酶剛好足以維持而不延長端粒。
Hockemeyer說，「我們的論文調和了關於攜帶這種突變的癌症的相互矛盾的信息。」
該發現還解決了另外一個最近的違反直覺的發現：具有更短端粒的人更能抵抗黑色素瘤。他說，其中的原因在於如果一種TERT啟動子突變會促進癌前病灶（痣）向
黑色素瘤轉化，那麼在具有更短端粒的人中，在細胞上調表達端粒酶和讓它們變得永生化之前，這些細胞將會死掉。
該研究還涉及對由人多能性
幹細胞分化的細胞進行基因改造，使之攜帶TERT啟動子突變，隨後追蹤它們變得永生化的進展過程。這些結果與從加州大學舊金山分校海倫迪勒家族綜合癌症中心的患者體內獲得的人皮膚病灶樣品中觀察到的進展過程是相同的。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：Kunitoshi Chiba, Franziska K. Lorbeer, A. Hunter Shain et al. Mutations in the promoter of the telomerase gene TERT contribute to tumorigenesis by a two-step mechanism. Science, Published online: 17 Aug 2017, doi:10.1126/science.aao0535