神秘的环状DNA导致儿童患癌症–令人惊讶的癌症遗传学新见解

神经母细胞瘤细胞的DNA：在染色体之间（蓝色）有许多小的DNA环（绿色）。2号染色体的着丝粒染成红色。

随着时间的推移，癌症的发展与DNA缺陷的逐渐积累有关。因此，癌症被认为是与年龄有关的疾病。但是为什么孩子会患癌症呢？由柏林慈善大学和纽约斯隆·凯特琳纪念癌症中心领导的一个国际研究小组现在揭示，被称为染色体外环状DNA的神秘的DNA环可以促进儿童癌症的发展。科学家制作了第一张详细的环状DNA图谱，对癌症遗传学领域长期存在的问题有了新的出乎意料的见解。该研究成果于2019年12月16日发表在《自然遗传学》上。

每年，德国有将近50万人罹患癌症。大约2,100名癌症患者是18岁以下的儿童。大多数癌症在老年人中发展的事实是由于促成癌症发展的机制所致。一系列外源因素，包括烟草烟雾和辐射，可能导致细胞DNA受损。如果这种类型的DNA损伤持续多年积累，则受影响的细胞可能会失去对细胞切割和生长的控制。这导致癌症发展。然而，儿童的年龄还不足以受这种癌症发展机制的影响。那么，儿童期癌症的原因是什么呢？由Charité儿科，肿瘤学和血液学系以及实验与临床研究中心（ECRC）的Anton Henssen博士领导的一组研究人员，离寻找答案还有很长的路要走。与纪念斯隆凯特琳纪念中心的Richard Koche博士领导的科学家团队以及其他国际合作伙伴一起，研究人员小组证明了DNA环会破坏我们细胞的遗传信息，从而有助于癌症发展。

数十年来，科学家们已经知道了这些环状的DNA片段。它们在我们细胞内发现，并不构成我们正常遗传信息的一部分，而是以染色体形式存储的。因此，它们被称为染色体外环状DNA。但是即使到了今天，科学家对其功能的了解仍然很少，主要是因为他们缺乏对环状DNA进行更详细分析的技术。在他们现在发表的研究中，研究人员将最先进的测序技术与开创性的生物信息学算法相结合，对神经母细胞瘤（一种致命的儿童肿瘤）中的环状DNA进行了首次有史以来的详细定位。基于他们的发现，研究人员能够得出关于这种类型癌症发展的重要结论。

研究人员与巴塞罗那超级计算中心的同事合作，分析了总共93名儿童的神经母细胞瘤组织样本。他们的分析表明，环状DNA的普遍性和持久性远远超过先前的预期。根据研究人员的发现，每个组织样本平均含有5,000个环状DNA拷贝。DNA测序还揭示了特定的DNA片段从染色体上分离出来以形成环状DNA，然后重新整合到不同位置的染色体上的过程。“如果导致遗传信息的原始序列被破坏，可能会导致癌症，”艾美奖诺特独立青年研究小组的负责人汉森博士解释说。汉森博士也是柏林德国癌症协会（DKTK）的研究员，柏林卫生研究院（BIH）的临床科学家。Henssen博士强调研究人员发现的意义，他说：“以前没有以这种方式阐明所涉及的详细过程，并提供了洞察力，甚至使年轻的细胞（如儿童中发现的细胞）也可以转化为癌细胞。”

Koche博士解释说：“我们还能够证明某些类型的环状DNA可以促进神经母细胞瘤的生长。”因此，测试它们的存在可能会更容易预测疾病的进程。此外，在这些儿科肿瘤的相对安静的基因组中研究该过程可能有助于阐明以前在更复杂的成人癌症中缺少的类似机制。鉴于最近在各种正常情况和疾病情况下对环状DNA的关注，当前的研究可能对广泛的肿瘤类型和相关的临床结果产生影响。研究小组计划进行后续研究，以验证环状DNA的诊断有效性。汉森博士说：“我们还希望对环状DNA的起源进行更详细的研究，以更好地理解儿童为什么会患上癌症。”

参考：Richard P. Koche，Elias Rodriguez-Fos，Konstantin Helmsauer，Martin Burkert，Ian C. MacArthur，Jesper Maag，Rocio Chamorro，Natalia Munoz-Perez，MontserratPuiggròs，Heciacliffado ，伊贝，克劳迪娅·罗夫扎德，维克多·巴迪内特，安娜贝尔·西曼斯基，安妮卡·温克勒，特蕾莎·托莱，娜塔莉·蒂姆，卡塔琳娜·卡萨克，斯特芬·福克斯，菲利普斯·克利洛诺莫斯，妮娜·蒂森，埃里克·布兰克，卡琳·史密斯，安妮特·肯克勒，帕特里克·洪德斯沃格Theissen，Dieter Beule，Hedwig Deubzer，Sascha Sauer，Joern Toedling，Matthias Fischer，Falk Hertwig，Roland F.Schwarz，Angelika Eggert，David Torrents，Johannes H.Schulte和Anton G.Henssen，2019年12月16日，自然遗传学.DOI：
10.1038 / s41588-019-0547-z