對人類基因組和表觀基因組的新見解將有助于預防、診斷和治療癌癥

　　在2020年，估計有1000萬人因癌癥而喪生。這種毀滅性的疾病是由我們的DNA---我們所有細胞的指令手冊---的變化所造成的。自從科學家們**公布人類基因組序列以來，已經過去了20年。這一重大成就之后的重大技術進步，使我們今天能夠非常詳細地讀取我們DNA的多層信息---從細胞癌變時發生的DNA的**個變化到晚

　　2021年9月27日訊/生物谷BIOON/---在2020年，估計有1000萬人因癌癥而喪生。這種毀滅性的疾病是由我們的DNA---我們所有細胞的指令手冊---的變化所造成的。

　　自從科學家們**公布人類基因組序列以來，已經過去了20年。這一重大成就之后的重大技術進步，使我們今天能夠非常詳細地讀取我們DNA的多層信息---從細胞癌變時發生的DNA的**個變化到晚期腫瘤的復雜微環境。如今，為了加快對癌癥患者的發現，我們需要新的方法來匯集我們產生的不同類型的復雜數據，以提供對癌癥進化的生物學新見解。

　　如今，日本國家癌癥中心研究所基因組學部主任Toshikazu Ushijima教授、新加坡基因組研究所執行主任Patrick Tan教授和澳大利亞加文醫學研究所Susan J. Clark教授回顧了我們目前可以從分析DNA的全部復雜性中獲得癌癥新見解，并確定了我們需要解決的未來挑戰，以便為患者帶來下一步的變化。相關結果發表在2021年9月24日的Science期刊上，論文標題為“Mapping genomic and epigenomic evolution in cancer ecosystems”。

　　我們DNA的復雜性

　　許多人把我們的DNA---我們的基因組---想象成簡單的一串字母。在現實中，許多層信息---表觀基因組---完全改變了它的活動。

　　我們的基因組可以比作我們星球的不同地理環境。就像山脈、島嶼和海洋是由相同的基本元素組成的一樣，我們的由堿基A、T、G和C組成的基因序列，構成了我們細胞內復雜結構特征的基礎。

　　這些地理環境是由我們的表觀基因組---額外的信息層---形成的，包括附著在我們的DNA上的化學標記（稱為DNA甲基化）和包裹著它的蛋白質（組蛋白）的化學變化，它們共同協調了DNA在我們細胞內的三維結構。

　　我們的基因組和表觀基因組在癌癥生命周期中都在演變，我們需要了解這些復雜的變化，以改善癌癥風險評估，并加快對患者的治療發現。

　　從癌癥形成到轉移

　　以前人們認為基因變化足以導致癌癥，但現在越來越清楚的是，基因組和表觀基因組的變化一起在癌癥進化中發揮著重要作用。有一些證據表明，隨著衰老發生的DNA甲基化變化可能使細胞容易發生導致癌癥的基因變化。

　　以吸煙為例，在基因變化和肺癌被檢測出來之前，科學家們已經觀察到肺部內壁細胞中的DNA甲基化變化。為了獲得關于致癌的新見解，我們需要繪制基因組和表觀基因組變化的精確順序。

　　我們也逐漸意識到，雖然癌癥可以積累基因變化，但表觀基因組也會隨著癌癥從原發腫瘤到轉移腫瘤的轉變而被“重編程”，并最終可能對治療產生抗性。了解這些變化可能導致新的治療靶標，以便可以更精確地治療晚期癌癥。

　　利用先進技術獲得新見解

　　癌細胞與其他不同類型的細胞一起居住在包括免疫細胞和結締組織細胞（稱為基質細胞）在內的腫瘤生態系統中。如今，先進的成像和單細胞技術正在幫助我們在腫瘤的三維背景下，以前所未有的分辨率繪制這些細胞以及基因組和表觀基因組的變化。在加文醫學研究所，Clark及其團隊正在他們的活體顯微鏡設施和加文-魏茨曼細胞基因組學中心開展這方面的研究。

　　一些國際研究聯盟，包括人類腫瘤圖譜網絡（Human Tumor Atlas Network）和英國癌癥研究大挑戰（Cancer Research UK Grand Challenge）項目，已經成立，以便在單細胞和空間層面研究癌癥。然而，這些聯盟將不得不應對數據整合方面的巨大挑戰。在今天的全球研究環境中，我們需要全球標準化的方法來整合來自不同分析技術和實驗室的數據。

　　通過揭示不僅僅是關聯，而是癌癥形成和進展過程中發生的DNA和細胞變化的完全整合，我們將了解如何更好地診斷、治療和預防癌癥。

　　大數據---機遇與挑戰

　　在過去的20年里，我們開發的技術表明，我們的基因組和表觀基因組遠比我們想象的要復雜。我們正處于這樣一個階段：關于癌癥的新見解將來自于解決復雜多樣的測序和想象數據集所產生的數學問題。

　　我們的先進技術使我們能夠產生大量的數據。但現在的挑戰是數據整合---人類根本無法消化我們產生的所有信息。這一挑戰將由人工智能來解決，也就是我們需要結合計算方面的專業知識，以創新的方式看待數據和進行數據建模。

　　另一個關鍵的未來挑戰將是將基礎研究結果轉化為切實的臨床應用。對導致細胞癌變和癌癥形成的多個步驟的精確理解，可能使我們能夠改善對癌癥風險的篩選和癌癥的早期檢測。在未來，對基因和表觀遺傳特征的研究可能有助于我們從環境中完全消除致癌物和致癌過程。

　　對于晚期癌癥，綜合的DNA分析可能有助于查明被忽視的癌細胞轉移機制，這可能是開發療法的有希望的靶標。

　　作為遺傳學家和表觀遺傳學家，整合我們的數據來研究癌癥的挑戰與對氣候變化進行建模的挑戰并不一樣。氣候建模需要將來自不同來源的大量數據結合起來，并結合背景，對地球的未來氣候進行預測。

　　這對基因組學和表觀基因組學來說也是一樣的，我們需要了解多個不同層次的DNA信息如何協同工作，從而在我們的細胞發生癌變時引發“氣候變化”的破壞性影響。