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DHFR 扩增的甲氨蝶呤耐药人肿瘤细胞系的动态基因组变化为预防耐药性提供潜在新靶点

2024-06-25   全部新闻

基因扩增,包括双微体(double minutes, DM)或染色体外环状DNA(extrachromosomal DNA, ecDNA)和均匀染色区域(homogeneously staining regions, HSR),是体细胞基因组不稳定性的一种重要表现形式,并且已被广泛认为是对化疗等选择性压力的常见适应性反应。甲氨蝶呤(Methotrexate,MTX)作为一种广泛用于多种癌症治疗的药物,其疗效却常因癌细胞对其产生耐药性而受限。目前已知的MTX耐药机制包括药物运输或滞留缺陷、DHFR(二氢叶酸还原酶)翻译调控变化、DHFR基因扩增导致的活性增加,以及DHFR突变体对MTX亲和力的降低。癌症作为一种进化性疾病,其快速适应治疗的特性使得耐药性成为一个严峻的挑战。尽管深度测序和液体活检技术已被用于追踪肿瘤的体内演化,但为了更精确地描述耐药性的演化轨迹,仍迫切需要可靠的体外模型。

该篇文章于2024年4月9日在线发表于《Br J Cancer 》杂志(IF:8.8, 中科院一区),题目为“Dynamic genomic changes in methotrexate-resistant human cancer cell lines beyond DHFR amplification suggest potential new targets for preventing drug resistance. British journal of cancer”。该研究由孟祥宁等研究人员完成,她们建立了18个人结肠癌细胞系,这些细胞系表现出逐渐增加的MTX耐药性。研究团队运用细胞活性测定、实时定量PCR、基因组DNA提取、全基因组测序、拷贝数变异(CNV)分析等方法,深入研究了这些细胞系的基因组变化,并使用R软件进行数据分析,包括t检验、方差分析、相关系数计算和曲线拟合等。

研究结果揭示了MTX耐药性的基因组扩增经历了三个阶段:前扩增期、HSR期和ecDNA期。其中,DHFR基因表现出扩增和表达增加,特别是在ecDNA阶段。DHFR基因的表达是MTX耐药性的主要驱动因素,尽管DHFR的作用在早期阶段并不显著。此外,除了DHFR之外,MSH3、ZFYVE16和FAM151B等基因也在MTX耐药性中扮演了重要角色,尽管它们在ecDNA阶段的蛋白表达可能受到不同的转录后调控影响。研究表明,ecDNA在MTX耐药性中起着关键作用,并可能成为预防药物耐药性的新靶点。通过siRNA技术敲减特定基因后,研究人员发现这些基因的表达变化与MTX的IC50值显著相关,从而证实了它们在MTX耐药性中的重要作用。

MTX耐药性是一个复杂且持续变化的过程,不同阶段的基因组变化反映了不同的耐药性驱动机制。这项研究不仅增进了对MTX耐药性机制的理解,而且为开发针对ecDNA的个性化治疗策略提供了新的视角,有望帮助克服癌症对MTX治疗的耐药性问题。该项工作获得国家自然科学基金(No. 31771403 ,No. 81572915)、中国大学长江学者及创新科研团队计划(No. IRT1230)、黑龙江省自然科学基金 (No. LH2020H015)、哈尔滨医科大学少帅计划基金资助 (No. HMUMIF-21007)。 该项目受到英国Wellcome Sanger研究所的薛雅丽研究员和Chris Tyler-Smith研究员的大力支持和帮助。


            


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