癌癥研究大師Cell驚人發現：致癌的假基因

　　 假基因（Pseudogenes），這一由基因組的2萬個蛋白質編碼基因衍生而來，現在喪失了蛋白質生成能力的一個長鏈非編碼RNA(lncRNA)子類，長期以來都被視為是基因組的“垃圾”。然而這些在進化過程中保留下的2萬個神秘的殘余物表明，它們實際上有可能具有一些生物學功能，促進了疾病的形成。

　　現在，由貝斯以色列女執事醫療中心（BIDMC）癌癥研究所的研究人員領導的一個研究小組提供了首個證據證實，這些非編碼的“進化殘留物”實際上發揮了致癌作用。

　　在發表于《細胞》（Cell）雜志上的一項新研究中，科學家們報告稱在一個小鼠模型中獨立于所有其他的突變，異常數量的BRAF假基因導致形成了一種侵襲性的淋巴瘤樣疾病，這一研究表明假基因有可能在各種疾病中發揮了重要的作用。此外，新研究發現還表明加上這一巨大的“暗物質”功能基因組比以往認為的要大得多——是當前已知大小的3倍或4倍。

　　論文的資深作者是BIDMC和哈佛大學醫學院的著名癌癥遺傳學家Pier Paolo Pandolfi。早在1994年Pandolfi便開始了腫瘤生物學和遺傳學方向的研究生涯，他的研究組曾成功利用小鼠為模型研究并揭示了多種腫瘤發病的分子機理和遺傳學機制，包括白血病、淋巴瘤以及前列腺癌等實體腫瘤。2011年其率先提出的競爭性內源RNAs(competing endogenous RNA,ceRNA)調控基因表達假說引起了科學界的巨大轟動。

　　Pandolfi說：“我們的BRAF假基因小鼠模型可以積極快速地形成癌癥，就好像你表達了編碼蛋白質的BRAF癌基因一樣。令人驚訝的是這種與人類彌漫性大B細胞淋巴瘤相似的、非常侵襲性的表型是被一段所謂的‘垃圾RNA’片段驅動。隨著人們將注意力轉向精準醫學以及靶向癌癥療法顯示出巨大前景，必須要將這一龐大的非編碼物質考慮進去。在過去，我們發現有一些非編碼RNA過表達或是錯誤表達，但由于無人知道如何利用這一信息，其被束之高閣。現在我們可以看到它扮演了重要的角色。我們必須要研究這一物質，對其進行測序，必須利用它提供給癌癥治療的極好的機會。”

　　這一新研究發現的關鍵還是在于Pandolfi在大約5年前第一個描述的ceRNA概念，它指的是假基因的一種功能能力。當時Pandolfi實驗室發現一些假基因和非編碼RNAs能夠發揮“誘餌”作用，將稱作為microRNAs的小RNA片段從它們的蛋白質編碼RNA處轉向，并隔離它們來調控基因表達。

　　Pandolfi說：“發現這些‘誘餌’，我們揭示出了信使RNA的一種全新作用，證實除了充當蛋白質合成過程中的一種遺傳中介物，一些信使RNAs實際上還可以通過這種復雜的新ceRNA‘語言’來調控相互的表達。”該研究小組曾在細胞培養物實驗中證實，當這些誘餌阻礙一些microRNAs執行它們的調控功能時可以產生嚴重的后果，包括使得癌細胞變得更具侵襲性。”

　　在這篇新文章中，作者們想確定在活體生物中是否發生了同樣的ceRNA“串擾”——它是否會導致相似的后果。

　　論文的第一作者、Pandolfi實驗室博士后研究人員Florian Karreth說：“我們利用BRAF假基因完成了一項原理證明實驗。我們調查了這一假基因在整個生物體中是否執行了一些至關重要的功能，它遭到破壞是否會促進疾病形成。”研究人員將焦點放在BRAF假基因上，是因為它具有調控BRAF蛋白水平的潛能。BRAF是一個眾所周知與許多癌癥類型有關聯的原癌基因。此外，已知在人體和小鼠中都存在BRAF假基因。

　　研究人員一開始在組織培養物中檢測了BRAF假基因。他們的研究結果證實當這一假基因過表達時，確實像一個microRNA誘餌那樣發揮作用，提高了BRAF蛋白質量。這轉而刺激了有絲分裂原活化蛋白激酶(MAP-kinase)信號級聯反應，BRAF通過這一信號通路控制了細胞增殖、分化和存活，其通常被發現在癌癥中過度活化。

　　當研究小組繼續構建BRAF假基因過表達的小鼠模型時，發現小鼠形成了一種侵襲性的淋巴瘤樣癌癥。Karreth 解釋說：“這種B淋巴細胞癌最初出現在動物的脾臟中，也可以浸潤到包括腎臟和肝臟在內的其他器官中。我們尤其感到驚訝的是，僅僅是響應BRAF假基因過表達就形成了這樣顯著的表型，因為形成完全型癌癥通常需要兩個或更多的突變事件。”

　　與他們的細胞培養物實驗結果相似，研究人員發現過表達BRAF假基因的小鼠顯示較高水平的BRAF蛋白，MAP kinase信號通路過度激活，表明這一信號軸缺失對于癌癥形成至關重要。在一項移植實驗中他們采用一種藥物抑制MAP kinase信號通路，顯著降低了癌細胞浸潤肝臟的能力再度證實了這一點。

　　通過構建出另外兩種轉基因小鼠，一種過表達BRAF 假基因的前一半，另一種過表達后一半，Pandolfi研究小組進一步證實了BRAF假基因的microRNA誘餌功能。兩種小鼠模型都形成了和過表達全長假基因一樣的淋巴瘤表型，作者們將其描述為是“絕對驚人”的一個結果。

　　Karreth說：“我們從未預料到BRAF假基因的一部分可以引起一種表型，當前半部分和后半部分誘導出淋巴瘤時，我們很肯定BRAF假基因發揮了一種microRNA誘餌功能。”

　　研究人員還發現在人類B細胞淋巴瘤中BRAF假基因過表達，包含BRAF假基因的基因組區域在多種人類癌癥中擴增，表明在小鼠中獲得的這些研究結果與人類癌癥形成相關。并且，沉默表達一些較高水平表達人類癌細胞系中的BRAF假基因可減少細胞增殖，顯示出了這一假基因在這些癌癥中的重要性，表明采用一種療法降低較BRAF假基因的水平或許可以讓一些癌癥患者受益。

　　Pandolfi說：“我們一直將焦點放在基因組的2萬個編碼基因上，而忽略了多達10萬個的非編碼的遺傳單位。我們的新研究結果不僅告訴我們需要確定所有這些非編碼假基因在癌癥中的作用，更迫切地是，表明了我們需要增進我們對于基因組非編碼‘垃圾’的認識，將這一信息整合到我們的個體化醫學檢測中。游戲現在才剛剛開始——我們必須測序和分析基因組以及來自這些非編碼區域的RNA轉錄本。”