科學家剛剛破譯了癌症發展的隱藏規則

• 科學家們設計了一種新方法來預測癌細胞在獲得或失去整個染色體時將如何發展。
• 這些巨大的染色體變化可以迅速重塑腫瘤，幫助它們生長、適應壓力和抵抗治療。
• 一種名為 ALFA-K 的新工具揭示了染色體的哪些變化有助於癌細胞生長，哪些變化阻礙癌細胞生長。
• 該研究表明復制整個基因組可以保護癌細胞免受嚴重染色體不穩定造成的損害。
• 這些發現為具有進化意識的癌症療法打開了大門，這些療法可以預測腫瘤如何變化，而不是在出現耐藥性後做出反應。

預測癌症發展的新方法

莫菲特癌症中心的科學家們創造了一種新方法來預測癌細胞在獲得或失去整個染色體時將如何發展。這些廣泛的基因變化可以給腫瘤帶來優勢，幫助它們生長得更快、適應壓力並抵抗治療。

研究發表於 自然通訊它提供了一個名為 ALFA-K 的計算工具。它分析縱向單細胞數據，以跟踪癌細胞如何隨著時間的推移沿著不同的染色體組移動。在此過程中，該方法可以識別腫瘤發展時首選的染色體模式。

這些發現挑戰了癌症發展僅由偶然驅動的觀點。相反，該研究表明，腫瘤遵循由染色體組成、進化壓力和治療相關壓力形成的可測量模式。該框架提供了一種新方法來預測癌症將如何變化以及對治療的反應。

問答與 諾埃米·安多爾博士,通訊作者、準會員 綜合運動腫瘤學計劃 在莫菲特。

您想通過這項研究解決什麼問題？為什麼了解癌症很重要？

癌症發生。隨著腫瘤的生長，它們的細胞在復制和分裂 DNA 時不斷出錯。其中許多錯誤涉及整個染色體的獲得或丟失。這會在同一腫瘤內產生具有不同染色體組的癌細胞混合物。

問題是研究人員沒有可靠的方法來確定這些組合中哪些組合有助於癌細胞存活。可能的染色體狀態的數量是巨大的，並且大多數當前的方法只能捕獲時間快照或許多細胞的平均行為。

ALFA-K 的開發是為了解決這個問題，通過使用縱向單細胞數據來重建癌細胞如何隨時間推移穿過染色體狀態以及哪些狀態受到進化的青睞。如果沒有這種認識，癌症的發展和治療耐藥性可能看起來是不可預測的。我們的工作表明他們遵循可衡量的規則。

為什麼染色體變化對於腫瘤生長和治療反應如此重要？

染色體含有數百或數千個基因。當癌細胞獲得或失去一條染色體時，它會立即改變許多基因的劑量。這可以立即改變細胞生長、分裂或對壓力的反應方式。

這些變化使癌細胞能夠實現大的進化飛躍，而不是進行小的修改。它們還在腫瘤內創造多樣性，增加一些細胞在治療期間存活的機會。

重要的是，這些變化的影響取決於細胞中存在的染色體組成。染色體的相同變化在一種情況下可能是有益的，但在另一種情況下可能是有害的。這種對背景的依賴有助於解釋為什麼癌症的發展如此難以預測。

ALFA-K 與以前的工具有何不同？它可以讓研究人員做什麼？

在 ALFA-K 出現之前，染色體變化通常被認為具有固定效應。有時，研究人員將染色體的獲得或丟失視為總是有益或總是有害。癌症的實際發展更為複雜。

ALFA-K 隨著時間的推移跟踪數千個單個細胞，解釋持續的染色體不穩定並重建局部適應度景觀。該圖描述了根據細胞當前染色體組成，染色體變化有多麼有益或有害。

該工具還表明染色體錯誤率很重要。當化療使染色體分離惡化時，癌細胞會更快地穿過這些區域。根據情況的不同，這可能會將腫瘤推向更能耐受不穩定的染色體狀態。

在這項研究中，ALFA-K 估計了超過 270,000 種不同染色體配置的適合度。這使得提出以前無法提出的問題成為可能。

全基因組重複意味著什麼？為什麼這是一個重要的發現？

當細胞複製其所有染色體時，就會發生全基因組複製。先前的研究表明，這可以幫助癌細胞存活，但無法測量它提供了多少保護。

ALFA-K 允許研究人員測量這種緩衝效應。該方法測量與非複制細胞相比，基因組複製細胞容忍染色體錯誤的程度。

這很重要，因為緩存不是全部或全部。基因組加倍變得有益存在一個閾值。通過測量該閾值，ALFA-K 將基因組複製從描述性觀察轉變為可預測的進化事件。

這項研究最終如何幫助指導癌症治療？

ALFA-K 將癌症研究從描述腫瘤的外觀轉變為預測它們如何發展。

將來，這種方法可以幫助醫生解釋重複的活檢，確定腫瘤何時接近危險的進化轉變，並選擇限制癌症檢測有害染色體配置的能力的治療方法。

長期目標是進展感知的癌症治療。這種方法的目的是預測腫瘤將如何變化，而不是在耐藥性已經出現後做出反應。

這項研究得到了國家癌症研究所的支持（1R37CA266727-01A1、1R21CA269415-01A1、1R03CA259873-01A1）。