加利福尼亞大學圣迭戈分校的科學家們發現了人類基因組地形與人類癌症突變之間的聯繫。他們發現，基因組的某些區域表現出獨特的特徵，成為突變積累的熱點。這些見解最近發表在《細胞報告》（Cell Reports）雜誌上，凸顯了人類基因組的三維結構對各種癌症發展的潛在影響。

就像地球上不同的地形孕育了不同的生態系統一樣，基因組中的某些地形特徵似乎也為特定突變的繁衍提供了環境。圖片來源：Laura Rodríguez Porras

人類基因組通常被形像地描述為標誌性的DNA雙螺旋，由A、C、G和T四個字母的長序列組成。”然而，基因組遠不止這些，”該研究的資深作者、加州大學聖地亞哥分校生物工程和細胞與分子醫學教授路德米爾-亞歷山德羅夫（Ludmil Alexandrov）解釋說。”就像地球擁有多樣的地貌一樣，基因組也擁有由不同結構、形狀和特徵組成的豐富地形”。例如，基因組包含DNA 緊密盤繞的部分，以及盤繞較為鬆散的部分。有些部分是環狀的。基因組還具有各種特徵，例如一種叫做複製定時的特徵，即在細胞分裂過程中，基因組的某些區域在早期被複製，而其他區域則在很晚的時候才被複製。亞歷山德羅夫團隊對這種基因組地形如何影響人類基因組中癌症突變的發生進行了全面研究。正如地球上不同的地形造就了不同的生態系統一樣，基因組中的某些地形特徵似乎也為特定突變的成長提供了環境。“在研究癌症基因組時，我們通常認為突變是在基因組中隨機累積的。然而，事實並非如此，因為基因組的不同部分具有不同的特徵，”研究報告的第一作者、亞歷山德羅夫實驗室的前博士後研究員布爾查克-奧特魯（Burçak Otlu）說：”通過拓撲分析，我們發現癌症中的某些突變會優先累積在基因組的某些區域。”研究人員檢查了所有已知的基因組地形特徵，並在所有人類癌症中尋找與特定突變模式（即突變特徵）的聯繫。他們總共分析了來自40種癌症類型的5120個全基因組測序腫瘤的516個地形特徵對突變特徵的影響。這項研究的主要發現之一是，與飲酒有關的一些突變特徵會在細胞分裂過程中早期復制的基因組區域積累。這種聯繫在食管癌、頭頸癌和肝癌這三種癌症中尤為明顯。研究人員指出，這一發現出乎意料，因為突變往往發生在細胞分裂後期復制的區域，因為這正是錯誤發生頻率較高的地方。早期細胞分裂過程中的DNA複製更為精確，因此早期復制的基因組片段更能免受突變的影響。然而，研究人員發現，與飲酒相關的突變特徵卻恰恰相反。研究人員還觀察到與一組名為APOBEC3 脫氨酶的酶的抗病毒活性有關的突變特徵。他們發現，這些突變特徵在基因組的早期復制區和晚期復制區都有積累。亞歷山德羅夫說：”這些發現意義重大，因為許多重要基因都生活在基因組的早期復制區域。我們的研究表明，某些誘變過程並沒有按照常規規則進行，因此它們有可能擊中通常受到保護的關鍵基因和通路。”研究小組以在線資源的形式彙編了這項研究的結果。研究人員可以利用它查找哪些地形特徵與哪些突變特徵相關，反之亦然。它還顯示了哪些癌症類型表現出這些聯繫。這樣的資源對於今後重點了解地形特徵在癌症發展、演變和治療中的作用的研究將是非常寶貴的。