約翰-霍普金斯大學醫學院的研究人員在人類乳腺和肺部細胞中發現了一種可能導致基因組過度複製的分子途徑，這是癌細胞的常見特徵。透過研究細胞週期，他們發現某些蛋白質和酵素在壓力下表現異常，有可能導致癌症。這些發現有助於開發針對這些分子異常的新型癌症療法，有可能阻止癌症的發展。

約翰斯-霍普金斯大學醫學院的科學家們繪製了人類乳腺和肺細胞中的一條分子途徑，它可能導致基因組過度複製，而這正是癌細胞的一個特徵。

這些發現最近發表在《科學》雜誌上，揭示了當一組分子和酶觸發並調節所謂的”細胞週期”（用細胞的遺傳物質製造新細胞的重複過程）時，會出現什麼問題。

研究人員認為，這些發現可用於開發中斷細胞週期障礙的療法，並有可能阻止癌症的生長。

為了複製，細胞會遵循一個有序的程序，首先複製整個基因組，然後分離基因組副本，最後將複製的DNA平均分成兩個”子”細胞。

人類細胞的每對染色體有23 對–一半來自母親，一半來自父親，包括性染色體X 和Y–即總共46 對，但已知癌細胞會經歷一個中間狀態，即擁有雙倍的數量- -92 條染色體。這是如何發生的是一個謎。

約翰霍普金斯大學醫學院分子生物學和遺傳學副教授塞爾吉-雷戈特（Sergi Regot）博士說：”癌症領域科學家們的一個永恆問題是：癌細胞基因組是如何變得如此糟糕的？ 我們的研究對細胞週期的基礎知識提出了挑戰，讓我們重新評估了關於細胞週期如何調節的想法”。

細胞週期調控面臨的挑戰

雷戈特說，複製基因組後受到壓力的細胞會進入休眠或老化階段，並錯誤地冒著再次複製基因組的風險。

一般來說，這些休眠細胞在被免疫系統”識別”為有問題的細胞後，最終會被清除。但有時，尤其是隨著年齡的增長，免疫系統無法清除這些細胞。如果任由這些異常細胞在體內遊蕩，它們就會再次複製基因組，在下一次分裂時對染色體進行洗牌，從而引發癌症。

為了確定細胞週期中出現問題的分子途徑的細節，雷戈特和研究生研究助理康納-麥肯尼（Connor McKenney）領導約翰-霍普金斯大學的研究小組，重點研究了乳腺導管和肺組織中的人類細胞。原因何在？這些細胞的分裂速度通常比體內其他細胞更快，增加了觀察細胞週期的機會。

觀看這段視頻，了解細胞在不分裂的情況下經歷兩次複製基因組的細胞週期階段。細胞核中出現的亮點表明DNA 正在複製的位置。資料來源：約翰-霍普金斯大學醫學院塞爾吉-雷戈特實驗室

雷戈特的實驗室擅長對單一細胞進行成像，因此特別適合發現極少數沒有進入休眠期、繼續複製基因組的細胞。

在這項新研究中，研究團隊仔細觀察了數千張單細胞在細胞分裂過程中的圖像。研究人員開發了發光生物感測器，用於標記細胞週期蛋白依賴性激酶（CDKs）。

他們發現，各種CDK 在細胞週期的不同時期被活化。在細胞受到環境壓力（如乾擾蛋白質生產的藥物、紫外線輻射或所謂的滲透壓（細胞周圍水壓的突然變化））後，研究人員發現CDK 4 和CDK 6 的活性降低了。

細胞週期破壞的研究結果

五到六小時後，當細胞開始準備分裂時，CDK 2 也受到了抑制。此時，一種名為無絲分裂促進複合物（APC）的蛋白質複合物在細胞分裂前的階段被激活，這一步驟被稱為有絲分裂。

Regot說：”在研究中的受壓環境中，APC活化發生在有絲分裂之前，而通常人們只知道它在有絲分裂過程中被激活。”

當暴露在任何環境壓力下時，約90% 的乳腺細胞和肺細胞會離開細胞週期，進入安靜狀態。在他們的實驗細胞中，並非所有細胞都安靜了下來。

研究團隊發現，約有5%-10%的乳腺細胞和肺細胞重返細胞週期，再次分裂染色體。

透過另一系列實驗，研究小組發現，所謂的壓力活化蛋白激酶活性的增加與一小部分細胞脫離安靜階段並繼續將基因組翻倍有關。

雷戈特說，目前正在進行一些臨床試驗，測試DNA損傷劑與阻斷CDK的藥物。合併用藥有可能促使一些癌細胞將基因組複製兩次，產生異質性，最終產生抗藥性。也許有藥物可以阻止APC 在有絲分裂前激活，從而防止癌細胞二次複製基因組，防止腫瘤階段性進展。

編譯來源：ScitechDaily