在分化過程中，細(xì)胞采用漸進(jìn)特異性的表型狀態(tài)。癌細(xì)胞違反了這一特性，而是采用了增加的結(jié)構(gòu)和功能的可塑性。表觀遺傳變化被認(rèn)為是一種發(fā)育景觀，可以引導(dǎo)特定的分化事件，并定義和約束不同的表型和基因表達(dá)狀態(tài)。
近日，約翰霍普金斯大學(xué)和耶魯大學(xué)的研究者在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Science》上發(fā)表了研究論文。這篇綜述論文指出，通過數(shù)學(xué)建?？梢詫┌Y的表型可塑性與驅(qū)動癌癥的表觀遺傳變化聯(lián)系起來。這種新的表觀遺傳定量方法可以更好地定義和測量基因功能中的表觀遺傳學(xué)缺陷及其與癌癥遺傳景觀的相互作用，從而更好、更早地診斷癌癥并預(yù)測其行為。
一、沃丁頓表觀遺傳景觀
在分化過程中，復(fù)雜生物體內(nèi)的活細(xì)胞采用漸進(jìn)特異性的表型狀態(tài)。癌細(xì)胞和組織違反這一特性，在其進(jìn)展過程中采用細(xì)胞狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)和功能的可塑性增加。關(guān)于正常分化結(jié)果庫的信息是遺傳編碼的，但關(guān)于這種潛力的特定實現(xiàn)和響應(yīng)環(huán)境的細(xì)胞調(diào)節(jié)的信息在DNA甲基化和染色質(zhì)的生化修飾中表觀遺傳地編碼。
追溯到沃丁頓表觀遺傳景觀，如今，表觀遺傳變化已被簡要地視為一種發(fā)育景觀，可以引導(dǎo)特定的分化事件，并定義和限制不同的表型和基因表達(dá)狀態(tài)，而癌癥的發(fā)生和發(fā)展被視為這一景觀的逆轉(zhuǎn)或變形。值得一提的是，在物理學(xué)科中，勢能景觀及其與物理或化學(xué)狀態(tài)的概率分布的關(guān)系已經(jīng)發(fā)展和完善了幾十年。最近，這種數(shù)學(xué)模型也被應(yīng)用于更定量地描述沃丁頓表觀遺傳景觀。
從某些特點來看，勢能景觀與沃丁頓景觀十分相像，細(xì)胞的分化程度可以類比勢能的高低，表觀遺傳變化可以類比系統(tǒng)變量。因此，這種方法在描述癌癥表觀遺傳景觀時特別有吸引力，因為在這種景觀上實現(xiàn)的細(xì)胞狀態(tài)的可塑性是疾病的功能核心。
二、癌癥表觀遺傳景觀的數(shù)學(xué)建模
近些年來，生物定量技術(shù)在更微觀的層面有了長足的發(fā)展，包括mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)的單細(xì)胞分辨率分析，以及DNA和組蛋白表觀遺傳修飾的分子分析。這些新的實驗技術(shù)豐富了科學(xué)家們對基因組信息和表觀遺傳控制所定義的表型狀態(tài)多樣性的理解。
在這篇綜述論文中，研究人員擴(kuò)展了一個新興的觀點：即使是在正常穩(wěn)態(tài)組織或細(xì)胞培養(yǎng)中定義明確的細(xì)胞系，其生物分子的表達(dá)也有相當(dāng)大的可變性。這一發(fā)現(xiàn)表明，生物過程可能本質(zhì)上是隨機的，細(xì)胞水平上的生物可變性可以指示甚至驅(qū)動生物功能的重要方面。
研究者表示，數(shù)學(xué)提供了強大的工具，實現(xiàn)癌癥表觀遺傳景觀的定量分析，并將癌癥的表型可塑性與驅(qū)動癌癥的表觀遺傳變化聯(lián)系起來，為認(rèn)知癌癥表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)打開了新的大門。了解更多美國大學(xué)，添加顧問老師VX：Tops6868
三、研究意義
綜上，在癌癥表觀遺傳景觀定量分析中，新的綜合理論和實驗方法為理解癌癥的表觀遺傳變化和環(huán)境驅(qū)動因素之間的聯(lián)系以及調(diào)節(jié)景觀的表觀遺傳調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系提供了前所未有的工具。
隨著單細(xì)胞測量技術(shù)的持續(xù)進(jìn)展，包括DNA甲基化評估、基因組測序和染色質(zhì)分析，將允許進(jìn)一步了解日益復(fù)雜的景觀動態(tài)，并解釋腫瘤進(jìn)化、侵襲性和轉(zhuǎn)移性擴(kuò)散的進(jìn)展。此外，對生物隨機性(數(shù)學(xué)上定義為表觀遺傳和基因表達(dá)熵)的更深入理解，可以揭示癌癥的免疫逃逸機制以及后續(xù)的病情進(jìn)展，為患者量身定制最合適的治療方案。
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