癌癥早期發生的關鍵基因突變改變了RNA“暗物質”

研究人員檢查了KRAS基因突變的影響，它是所有癌癥中最常見的突變基因之一，包括胰腺癌、肺癌和結腸直腸癌。KRAS被認為是導致癌癥形成的初始“驅動”突變，這使得它對了解和檢測癌癥的早期階段至關重要。

在這項研究中，生物分子工程助理教授Daniel Kim的實驗室專注于肺癌中的KRAS突變，以確定它們對RNA“暗物質”的影響，這是由人類基因組中30億堿基對中的75%產生的，目的是發現用于癌癥早期檢測的新的RNA生物標志物。

“你越早發現某人患有癌癥，他們越有可能通過治療和手術生存下來，”Kim說，他隸屬于加州大學圣克魯茲基因組研究所、干細胞生物學研究所、RNA分子生物學中心，是斯坦福大學癌癥早期檢測金絲雀中心的準成員。“全世界每年有數百萬人死于癌癥，迫切需要開發高靈敏度和特異性的診斷測試，以便在癌癥擴散到身體其他部位之前盡早發現癌癥。”

Kim的實驗室研究KRAS基因如何調節轉錄組，即細胞中產生的所有RNA。RNA最常見的功能是作為“信使”，將DNA中編碼的遺傳信息轉化為蛋白質，但基因組學的最新進展表明，絕大多數RNA是非編碼的，不生成蛋白質。Kim的實驗室專注于研究這種非編碼RNA，目的是利用這些信息更好地了解癌癥的形成，并識別用于癌癥早期檢測的新的生物標志物。

在這項研究中，由Kim實驗室生物分子工程博士候選人和美國國立衛生研究院F99/K00同事Roman Reggiardo領導的研究人員發現，肺癌中的KRAS突變也會激活干擾素刺激基因，這在許多癌癥中都可見，但其原因尚不清楚。

他們還確定KRAS的突變會導致一種名為KRAB鋅指基因的沉默，根據Kim的說法，這在癌癥的研究中是前所未有的。當這些基因被關閉時，某些類型的非編碼rna被異常激活。這些新激活的非編碼rna中的許多都來自轉座因子，這是在整個人類基因組中數以百萬計的重復元素，其中一些有可能在基因組中“跳躍”并改變它。

研究人員發現，這些轉座因子rna不僅在突變的KRAS細胞內開啟，還被運輸到細胞外。鑒于已知RNA從癌細胞釋放到血液中，這些轉座元件RNA可能作為致癌突變KRAS的信號，可以通過RNA測序在血液中檢測到。

金教授認為，這種強有力的RNA信號對于早期診斷癌癥非常有希望。這可以通過被稱為“液體活檢”的血液測試來完成，與傳統的腫瘤組織活檢相比，這是一種微創的方法。

這些新發表的結果是通過使用細胞培養模型發現的，在該模型中，研究人員將突變的KRAS引入非癌性肺細胞，使其進入癌性狀態。他們使用幾種不同的技術進行RNA測序，并進行計算分析，以確定哪種RNA在表達突變KRAS的細胞中比對照組細胞更普遍。

研究人員進行了額外的表觀基因組分析實驗，觀察基因是如何在不改變DNA序列本身的情況下開啟或關閉的。他們還進行了細胞外囊泡分離，確定哪些rna被包裝到細胞外囊泡中，并優先從突變KRAS影響的癌細胞中分泌。

其他參與這項研究的實驗室包括生物分子工程副教授Angela Brooks的實驗室，斯坦福大學放射學教授Utkan Demirci的實驗室，加州大學舊金山分校醫學教授Eric Collisson的實驗室，以及生物分子工程教授David Haussler的實驗室的Jason Fernandes。

第一作者Reggiardo說:“我們處在一個跨學科的環境中，這確實鼓勵我們以不同的方式思考RNA和癌癥。”

在正在進行的和未來的工作中，Kim實驗室的目標是通過分析肺癌患者的血液樣本來進一步確認他們的新發現的RNA簽名存在于這些患者中。這項研究將與他們在斯坦福金絲雀中心的同事Utkan Demirci以及斯坦福大學的其他人通過國防部的合作資助共同完成。他們希望開發一種測試，可以檢測這些RNA簽名作為肺癌早期診斷的生物標志物。

此外，他們預計，本研究中開發的方法可以作為開發多癌早期檢測的RNA液體活檢平臺的框架。

“現在我們知道了癌癥早期事件的RNA標記，這將幫助我們開發癌癥早期檢測的新方法，這將有希望在未來幫助挽救很多人的生命。”

這項研究得到了巴斯金工程學院、國防部、美國國立衛生研究院以及RNA生物學肯和格洛麗亞Levy基金的支持。