來源：奇點(diǎn)糕 2022-11-17 16:19
胃癌是我國最常見的腫瘤之一，發(fā)病率和死亡率均排名第三，且近年來發(fā)病率日益增加，造成的疾病負(fù)荷也越來越重[1]。因此，尋找治療胃癌的新靶點(diǎn)和新方法尤為重要。
胃癌是我國最常見的腫瘤之一，發(fā)病率和死亡率均排名第三，且近年來發(fā)病率日益增加，造成的疾病負(fù)荷也越來越重[1]。因此，尋找治療胃癌的新靶點(diǎn)和新方法尤為重要。
正所謂“對癥下藥”，在尋找胃癌治療新靶點(diǎn)及新藥物前，首先需要明確它的特征。20年前，人類參考基因組圖譜（GRC38）發(fā)布，大幅度加深了科學(xué)家對疾病尤其是腫瘤的認(rèn)識，并極大地促進(jìn)了腫瘤領(lǐng)域研究的進(jìn)步。
然而，由于樣本選擇不充足等原因，這個(gè)數(shù)據(jù)庫無法全面反應(yīng)不同種族、地區(qū)人群的基因多樣性[2]。此外，這種人類參考基因組也不完整，來自大型隊(duì)列研究的長片段序列與目前的人類參考基因組無法完全匹配[3]。
針對以上問題，近年來，科學(xué)家研究出一種新的檢測方法-泛基因組學(xué)法，用于研究單個(gè)樣本中的基因缺失[4]。泛基因組是群體中所有個(gè)體基因組的總和，其中存在兩種類型的基因，一種是所有個(gè)體共享的核心基因，另一種是部分個(gè)體共享的非必須基因（也被稱為基因的存在-缺失變異，PAV）[5]。針對PAV，研究人員在2019年開發(fā)出了一款名為“HUman泛基因組自動(dòng)化分析工具”（HUPAN）用于構(gòu)建人類泛基因組，并表征出基因組中的PAV[6]。
那HUPAN這個(gè)鋒利的“矛”是否可以刺破守護(hù)胃癌基因組PAV這個(gè)“盾”，從而揭示胃癌基因組特征，為胃癌分子靶向治療提供出一份完整的“地圖”呢？
近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院朱正綱和于穎彥，及上海交通大學(xué)陳紅專和韋朝春領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在《自然·通訊》上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果。
這項(xiàng)研究通過HUPAN工具分析了185對中國人胃癌及正常組織的泛基因組特征，表征了胃癌基因組中的PAV景觀，確定了在中國漢族人胃癌患者中高頻缺失的抑癌基因[7]?？傊?，這項(xiàng)研究揭示了中國人胃癌基因組學(xué)特征，提供了重要的分子遺傳學(xué)參考。
圖1. 文章封面截圖
研究人員通過HUPAN工具，分析了185對胃癌和正常組織的全基因組序列（WGS），構(gòu)建出了包含以往的人類參考基因組（GRC38）和80.88Mbp新序列的胃癌泛基因組（GCPAN）。
這80.88Mbp新序列中包含53.78Mbp完全未對齊序列和27.10Mbp部分未對齊序列（圖2），并預(yù)測出新序列上的含82個(gè)基因，與GRC38相比，有14個(gè)基因的重復(fù)序列不到50%，意味著這段新序列上可能存在至少14個(gè)新基因。
圖2. 胃癌泛基因組的構(gòu)建
隨后，研究人員將GCPAN作為參照，進(jìn)行胃癌患者的PAV圖譜分析，共計(jì)發(fā)現(xiàn)了261個(gè)PAV。
其中，195個(gè)PAV在腫瘤組織和正常組織中都存在，而缺失變異相對特異，有36個(gè)PAV只在正常組織中缺失，30個(gè)PAV只在腫瘤組織中缺失（圖3）。
圖3. 胃癌泛基因組的PAV景觀
為找出癌癥易感基因，研究人員將這些PAV與兩個(gè)其他的基因組測序數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)1：SGDP項(xiàng)目，西蒙斯基因組，263人；數(shù)據(jù)2：中國漢族基因組，90人）進(jìn)行了比較，并發(fā)現(xiàn)GCPAN與中國漢族基因組的PAV景觀無顯著差別，但有78個(gè)PAV的缺失頻率與SGDP顯著不同。
對缺失頻率具體分析后，研究人員發(fā)現(xiàn)4個(gè)PAV（GSTM1、UGT2B17、ACOT1和SIGLEC14）在胃癌中高度缺失，其中，UGT2B17在亞洲胃癌患者中高頻缺失，GSTM1和SIGLEC14在東亞胃癌患者中高頻缺失，而ACOT1在中國漢族人群胃癌患者中的缺失頻率較高（圖4）。
圖4. 在不同地區(qū)患者中高頻缺失的PAV
研究人員用HUPAN這把鋒利的“矛”打開了圍繞在胃癌PAV面前的“盾”，并發(fā)現(xiàn)至少有14個(gè)新基因。
本著“一網(wǎng)打盡”的原則，研究人員對這14個(gè)新基因是否為PAV進(jìn)行了分析，并發(fā)現(xiàn)這14個(gè)新基因中，有9個(gè)屬于PAV（圖5），并且在腫瘤組織和正常組織中都存在。
隨后，研究人員對這9個(gè)PAV進(jìn)行了染色體位點(diǎn)鑒定，并在這9個(gè)PAV中發(fā)現(xiàn)一個(gè)可鑒定出染色體位點(diǎn)的新基因-GC0643（圖5）。
圖5. 新PAV的鑒定
隨后，研究人員對新基因GC0643進(jìn)行了“摸底排查”，分析了GC0643染色體位點(diǎn)上的結(jié)構(gòu)變異，匹配了GC0643編碼蛋白的序列。
為了明確GC0643在胃癌中的作用，研究人員分析了65例胃癌RNA-Seq數(shù)據(jù)（GC0643缺失組 vs GC0643表達(dá)組，18 vs 47），發(fā)現(xiàn)GC0643缺失會(huì)引起與胃消化功能、上皮分化、抗腫瘤活性、化學(xué)代謝及先天免疫防御等15個(gè)途徑有關(guān)的138個(gè)基因顯著下調(diào)。
此外，研究人員對GC0643的腫瘤生物學(xué)功能進(jìn)行了進(jìn)一步研究。他們使用亞洲胃癌患者細(xì)胞系HGC-27過表達(dá)GC0643，發(fā)現(xiàn)GC0643表現(xiàn)出抑癌基因的特性：過表達(dá)GC0643抑制了胃癌細(xì)胞的增殖、克隆形成能力，并促進(jìn)了胃癌細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)了G2/M期阻滯，抑制了腫瘤遷徙能力。
而隨后的GC0643多重基因編輯實(shí)驗(yàn)更是證明了這個(gè)觀點(diǎn)，過表達(dá)GC0643顯著抑制了腫瘤細(xì)胞的侵襲能力，但在此基礎(chǔ)上敲減GC0643后這種抑制效果就會(huì)消失（圖7）。因此，這個(gè)新基因GC0643也被鑒定為胃癌的抑癌基因，收錄于NCBI數(shù)據(jù)庫（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MW194843.1）。
總之，這項(xiàng)研究利用新興的技術(shù)方法構(gòu)建了中國胃癌患者泛基因組圖譜，并通過HUPAN工具揭示了胃癌中非必須基因（PAV）景觀，識別出漢族胃癌患者中高頻缺失的基因ACOT1，同時(shí)鑒定出一種新的中國人胃癌的抑癌基因GC0643，為中國人胃癌分子遺傳信息提供了重要補(bǔ)充。
參考文獻(xiàn)
[1] Xia C, Dong X, Li H, et al. Cancer statistics in China and United States, 2022: profiles, trends, and determinants. Chin Med J (Engl). 2022 Feb 9;135(5):584-590. doi: 10.1097/CM9.0000000000002108.
[2] Rood JE, Regev A. The legacy of the Human Genome Project. Science. 2021 Sep 24;373(6562):1442-1443. doi: 10.1126/science.abl5403.
[3] Yang X, Lee WP, Ye K, et al. One reference genome is not enough. Genome Biol. 2019 May 24;20(1):104. doi: 10.1186/s13059-019-1717-0.
[4] Tettelin H, Masignani V, Cieslewicz MJ, et al. Genome analysis of multiple pathogenic isolates of Streptococcus agalactiae: implications for the microbial "pan-genome". Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Sep 27;102(39):13950-5. doi: 10.1073/pnas.0506758102.
[5] Yu Y, Wei C. A powerful HUPAN on a pan-genome study: significance and perspectives. Cancer Biol Med. 2020 Feb 15;17(1):1-5. doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2019.0317.
[6] Duan Z, Qiao Y, Lu J, et al. HUPAN: a pan-genome analysis pipeline for human genomes. Genome Biol. 2019 Jul 31;20(1):149. doi: 10.1186/s13059-019-1751-y.
[7] Yu Y, Zhang Z, Dong X, et al. Pangenomic analysis of Chinese gastric cancer. Nat Commun. 2022 Sep 15;13(1):5412. doi: 10.1038/s41467-022-33073-7.
