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通过单细(xi)(xi)胞(bao)基(ji)因(yin)组测序揭示(shi)肝细(xi)(xi)胞(bao)癌(ai)的双相拷(kao)贝数(shu)演化模型

【字体: 时间:2021年09月13日 来源:北京大学新闻网

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  胃肠病学领域学术期刊Gastroenterology以长文形(xing)式(shi)在线发表了北京大学第(di)一(yi)医(yi)院肿瘤(liu)转化研(yan)究中心张宁课题组的研(yan)究成果。在题为“Single cell DNA sequencing reveals punctuated and gradual clonal evolution in hepatocellular carcinoma”的研(yan)究论文中,研(yan)究人员综合...

  

2021年9月1日,胃肠病学领域学术期刊Gastroenterology以长文(wen)形式在线发(fa)表了(le)(le)(le)(le)北京大学第一医(yi)院肿瘤(liu)转化(hua)研究(jiu)中心张宁课题(ti)组(zu)的研究(jiu)成果。在题(ti)为(wei)“Single cell DNA sequencing reveals punctuated and gradual clonal evolution in hepatocellular carcinoma”的研究(jiu)论文(wen)中,研究(jiu)人员综合利用单细胞(bao)测(ce)序、模(mo)型构建和(he)大规模(mo)数据及实验验证(zheng),系统(tong)探究(jiu)了(le)(le)(le)(le)肝癌单细胞(bao)层面(mian)的基(ji)因组(zu)特征,首次(ci)提出了(le)(le)(le)(le)肝癌的间断和(he)渐进的双(shuang)(shuang)相演化(hua)模(mo)式(DPCNE),揭示了(le)(le)(le)(le)肝癌中双(shuang)(shuang)相演化(hua)模(mo)式与(yu)肿瘤(liu)内(nei)内(nei)异质性以及预(yu)后的关系,首次(ci)在单细胞(bao)水平证(zheng)实多倍体肝癌起源于二(er)倍体细胞(bao),并发(fa)现了(le)(le)(le)(le)新的预(yu)后标志物CAD。这些结果为(wei)肝癌的临床诊断、预(yu)后和(he)治疗(liao)提供(gong)了(le)(le)(le)(le)关键信息。

图(tu)1 本(ben)研(yan)究(jiu)网(wang)页(ye)截图(tu)

肝细胞癌(简称肝癌)约占原发性肝癌的80%,其致死率在所有癌症中高居第三位。现有靶向治疗和免疫治疗在肝癌中的响应率及治疗效果非常有限,而肿瘤异质性是其耐药、复发和预后差的重要原因之一。张宁课题组近年来一直聚焦于肝癌异质性探究,通过一系列前期工作揭示了肝癌多发病灶的异质性和表型异质性(Gastroenterology,2016;Cancer Cell,2019)。然而,先前的研究多是基于组织水平的探究,这些结果只反映了不同亚克隆的平均特征,肝癌在单细胞水平的异质性仍不清楚。基因组不稳定性引起的拷贝数变异(CNA)是肿瘤异质性产生的主要来源。到目前为止,肝癌的CNA积累遵循渐进演化(GCNE)还是间断演化(PCNE)仍缺乏探究。

在近期的(de)(de)研(yan)究(jiu)中,课题组(zu)(zu)(zu)收(shou)集新鲜或冰冻的(de)(de)肝(gan)癌(ai)组(zu)(zu)(zu)织以及相对应的(de)(de)癌(ai)旁组(zu)(zu)(zu)织,通(tong)过(guo)单细(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)DNA测序完成了10例(li)(li)(li)肝(gan)癌(ai)患(huan)者共1275个细(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)(de)低深(shen)度全(quan)基因(yin)组(zu)(zu)(zu)测序,对1例(li)(li)(li)患(huan)者的(de)(de)356个细(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)进(jin)行(xing)了基于倍体(ti)分析(xi)的(de)(de)低深(shen)度全(quan)基因(yin)组(zu)(zu)(zu)测序,并对另外(wai)3例(li)(li)(li)患(huan)者共27344个细(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)进(jin)行(xing)了单细(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)RNA测序。而后研(yan)究(jiu)人员通(tong)过(guo)17例(li)(li)(li)肝(gan)癌(ai)及癌(ai)旁组(zu)(zu)(zu)织转(zhuan)录组(zu)(zu)(zu)测序、202例(li)(li)(li)组(zu)(zu)(zu)织免疫(yi)组(zu)(zu)(zu)化染色、21例(li)(li)(li)已发(fa)表(biao)的(de)(de)单细(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)DNA数(shu)(shu)据和1196例(li)(li)(li)已发(fa)表(biao)的(de)(de)RNA数(shu)(shu)据进(jin)行(xing)验证(图2)。

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图(tu)(tu)2 研究路线示意图(tu)(tu)

研究人(ren)(ren)(ren)员(yuan)系统分析(xi)了10例肝(gan)癌(ai)(ai)(ai)病人(ren)(ren)(ren)中单个细胞的(de)拷贝数(shu)变异(yi)(yi)图谱,发(fa)现(xian)(xian)三(san)种不(bu)同的(de)细胞亚群:整(zheng)倍体(ti)、假整(zheng)倍体(ti)和(he)异(yi)(yi)倍体(ti)。其次,研究人(ren)(ren)(ren)员(yuan)通(tong)过模(mo)(mo)型构建(jian)发(fa)现(xian)(xian)CNA积(ji)累(lei)(lei)(lei)既存在(zai)间断(duan)演(yan)化(hua)(hua)(hua),也存在(zai)渐(jian)(jian)进(jin)(jin)演(yan)化(hua)(hua)(hua)。进(jin)(jin)一(yi)步(bu)综合多个指标进(jin)(jin)行评估比较(jiao),研究人(ren)(ren)(ren)员(yuan)发(fa)现(xian)(xian)间断(duan)和(he)渐(jian)(jian)进(jin)(jin)的(de)双相(xiang)演(yan)化(hua)(hua)(hua)模(mo)(mo)式(shi)DPCNE明显优(you)于其他两种模(mo)(mo)型。研究人(ren)(ren)(ren)员(yuan)进(jin)(jin)一(yi)步(bu)通(tong)过3例单细胞RNA测(ce)序(xu)(xu)数(shu)据和(he)其他癌(ai)(ai)(ai)种的(de)单细胞DNA测(ce)序(xu)(xu)对DPCNE模(mo)(mo)型进(jin)(jin)行了验(yan)证。这些结果(guo)表明DPCNE能更好地(di)解释(shi)肝(gan)癌(ai)(ai)(ai)的(de)克隆演(yan)化(hua)(hua)(hua)模(mo)(mo)式(shi),即肿瘤(liu)染色体(ti)不(bu)稳定(ding)的(de)初始阶(jie)段(duan)(duan),CNA会高(gao)速率累(lei)(lei)(lei)积(ji),短时间内获得大量CNA,呈现(xian)(xian)间断(duan)式(shi)演(yan)化(hua)(hua)(hua),随后是一(yi)个明显的(de)渐(jian)(jian)进(jin)(jin)演(yan)化(hua)(hua)(hua)阶(jie)段(duan)(duan),CNA数(shu)目继续积(ji)累(lei)(lei)(lei)(图3)。为(wei)了进(jin)(jin)一(yi)步(bu)探(tan)索肝(gan)癌(ai)(ai)(ai)中异(yi)(yi)质性与临床(chuang)特征的(de)相(xiang)关性,研究人(ren)(ren)(ren)员(yuan)通(tong)过计(ji)算(suan)两两细胞之间的(de)距离(PWD-CNA)评估细胞的(de)异(yi)(yi)质性程度。基于该(gai)参数(shu),研究人(ren)(ren)(ren)员(yuan)最终发(fa)现(xian)(xian),渐(jian)(jian)进(jin)(jin)演(yan)化(hua)(hua)(hua)阶(jie)段(duan)(duan)的(de)延(yan)长与肿瘤(liu)高(gao)异(yi)(yi)质性和(he)病人(ren)(ren)(ren)早(zao)复发(fa)密切相(xiang)关;进(jin)(jin)而通(tong)过综合分析(xi)和(he)研究发(fa)现(xian)(xian),CAD蛋白可以作为(wei)肝(gan)癌(ai)(ai)(ai)潜在(zai)的(de)预后标志物。

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图3 拷(kao)贝数演化的(de)三种模型(xing)

课题组还研(yan)究了(le)(le)倍体(ti)(ti)异质性。倍体(ti)(ti)异质性是肝(gan)(gan)(gan)癌异质性的(de)一个重要方面,肝(gan)(gan)(gan)细(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)包含二倍体(ti)(ti)或多(duo)倍体(ti)(ti),其(qi)中多(duo)倍体(ti)(ti)占人(ren)类(lei)肝(gan)(gan)(gan)脏肝(gan)(gan)(gan)细(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)25~50%。研(yan)究人(ren)员通过流式(shi)细(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)分析和(he)单细(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)测序技术,对1例肝(gan)(gan)(gan)癌病人(ren)的(de)356个细(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)进行了(le)(le)分析,发现在肝(gan)(gan)(gan)癌中非整(zheng)倍体(ti)(ti)细(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)首先起源于二倍体(ti)(ti)亚群(qun),而后(hou)通过全基因组倍增演化为多(duo)倍体(ti)(ti)亚群(qun),揭示了(le)(le)二倍体(ti)(ti)和(he)多(duo)倍体(ti)(ti)中的(de)非整(zheng)倍体(ti)(ti)细(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)具有共(gong)同(tong)的(de)克隆起源。

天津医科(ke)(ke)大学(xue)(xue)郭琳博士(shi)、伊(yi)现富博士(shi),天津肿瘤医院(yuan)(yuan)肝胆外科(ke)(ke)陈璐博士(shi)和张倜教(jiao)授是该(gai)论文(wen)的并列第(di)一(yi)作者。北京大学(xue)(xue)第(di)一(yi)医院(yuan)(yuan)肿瘤转(zhuan)化中心、天津肿瘤医院(yuan)(yuan)肿瘤细胞生物学(xue)(xue)实(shi)验室(shi)张宁教(jiao)授和北京大学(xue)(xue)第(di)一(yi)医院(yuan)(yuan)肿瘤转(zhuan)化中心薛(xue)瑞(rui)栋(dong)副研究(jiu)员为(wei)共(gong)同通讯作者。这项研究(jiu)得到国(guo)家科(ke)(ke)技重大专项和多项国(guo)家自(zi)然科(ke)(ke)学(xue)(xue)基金支持(chi)。


 

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