巴塞隆納基因組調控中心（CRG）的研究人員取得了這項突破，為非侵入性診斷測試鋪平了道路，這種測試可以比現有方法更快、更早地識別各種癌症。不同類型的癌症都有獨特的分子”指紋”，這些”指紋”可以在疾病的早期準確地識別出來。 根據今天發表在《分子細胞》上的一項研究，小型便攜式掃描儀能在短短幾小時內檢測出這些指紋。

“表轉錄組”指紋的藝術概念。 圖片來源：Queralt Tolosa/Centro de Regulación Genómica Queralt Tolosa/Centro de Regulación Genómica

這項研究以細胞的蛋白質工廠–核醣體為中心。 幾十年來，人們一直認為核醣體在人體中具有相同的藍圖。 然而，研究人員發現了一層隱藏的複雜性–微小的化學修飾，它們在不同的組織、發育階段和疾病中各不相同。

“我們的核醣體不盡相同。 它們在不同的組織中各司其職，並攜帶著獨特的特徵，反映出我們體內正在發生的事情，”該研究的第一作者、CRG 研究員、ICREA 研究教授伊娃-諾沃亞（Eva Novoa）說。 “這些微妙的差異可以告訴我們很多關於健康和疾病的資訊。

“核醣體由蛋白質和一種名為核醣體RNA（rRNA）的特殊RNA分子組成。”人類95% 的RNA 都是核醣體RNA。 它們在我們的細胞中非常普遍，」諾沃亞博士補充道。

辨識組織特異性指紋

研究人員對來自大腦、心臟、肝臟和睪丸等多種不同組織的人類和小鼠rRNA 進行了各種類型的化學修飾。 他們發現，每個組織都有獨特的rRNA 修飾模式–他們稱之為”表轉錄組指紋”。

“核醣體上的指紋告訴我們細胞來自哪裡，”研究的第一作者Ivan Milenkovic 博士說。 “這就像每個組織都在標籤上留下了自己的地址，以防其細胞最終被招領。”

研究團隊在癌症患者的病變組織樣本中發現了不同的指紋，特別是在肺部和睪丸。米倫科維奇博士說：”癌細胞被’低度修飾’，這意味著它們會不斷失去其中一些化學標記。我們認為這可能是一種強有力的生物標誌物。”

這項研究對肺癌進行了更深入的研究。 研究人員從20名一期或第二期肺癌患者身上取得了正常組織和病變組織，並證實癌細胞的rRNA被低度修飾。 他們利用這些數據訓練了一種演算法，該演算法可以完全根據這種獨特的分子指紋數據對樣本進行分類。

該測試在區分肺癌和健康組織方面達到了近乎完美的準確度。 「大多數肺癌直到晚期才會被診斷出來。” 米倫科維奇博士說：”在這裡，我們可以比平常更早地檢測出肺癌，這有一天會為病人贏得寶貴的時間。”

奈米孔定序技術的突破

這項研究之所以能夠完成，要歸功於一種名為奈米孔直接RNA 定序的新技術，它可以直接分析rRNA 分子及其所有修飾。這使我們能夠看到修飾的自然背景。

在奈米孔定序技術出現之前，傳統技術在處理RNA 分子時會先移除化學修飾，然後研究人員才能進行研究。

“科學家通常會把核醣體RNA 去掉，因為他們認為這是多餘的信息，會妨礙我們的實驗。 幾年過去了，我們已經把這些數據從垃圾場裡拿了出來，變成了一座金礦，尤其是在捕捉到化學修飾訊息的時候。

奈米孔定序的優點在於它依賴小型便攜式定序設備，可以放在手掌中。 研究人員可以將生物樣本放入機器中，機器會即時捕捉和掃描RNA 分子。

這項研究只需掃描從組織樣本中獲得的250 個RNA 分子，就能區分癌細胞和正常細胞。 這只是典型奈米孔定序設備能力的一小部分。諾沃亞博士說：”開發一種快速、高度準確的檢測方法是可行的，這種方法可以使用極少量的組織來檢測癌症的核醣體指紋。”

實現非侵入性診斷

從長遠來看，研究人員希望創造出一種診斷方法，能夠從血液中循環的RNA 中檢測出癌症的指紋。 這將是一種侵入性較小的方法，因為它只需要血液樣本，而不需要從病人身上採集組織樣本。

研究的作者提醒說，在這種方法用於臨床之前，還需要做更多的工作。 Milenkovic 博士說：”我們只是觸及了表面。我們需要進行更大規模的研究，在不同人群和癌症類型中驗證這些生物標誌物。”

還有一個有待探索的大問題是，為什麼這些修飾會先在癌症中改變。 如果rRNA 修飾有助於細胞產生促進不受控制的生長和存活的蛋白質，那麼研究人員就能確定負責添加或去除修飾的機制，有可能找到逆轉有害變化的新方法。

諾沃亞博士說：”我們正在緩慢而堅定地揭開這種複雜性的面紗，理解細胞的語言只是時間問題。”

DOI：10.1016/j.molcel.2024.11.014

編譯自/ scitechdaily