非编码DNA的作用解释了儿童癌症对化疗的耐药性

非编码DNA变异有助于急性淋巴细胞白血病(ALL)化疗耐药。探索在圣裘德主导的发现中使用的新技术。

　　

St. Jude儿童研究医院的科学家们已经确定了基因组非编码区域的特定DNA变异，这些变异与急性淋巴细胞白血病(ALL)的化疗耐药性有关。这些结果引导研究小组揭开了先前未知的治疗耐药性背后的机制。这一发现是通过结合新技术来克服以前在理解非编码基因组方面的限制而实现的，非编码基因组可以适用于其他类型的癌症和疾病。研究结果发表在今天的《自然通讯》杂志上。 

急性淋巴细胞白血病(ALL)是最常见的儿童癌症。由于现代治疗，生存率超过94%。然而，那些复发或复发的疾病，往往是由于化疗耐药，生存率要低得多，只有30-40%。 

研究人员研究了在非编码基因组中发现的抗性变异，非编码基因组占DNA的98%，不包含基因。之前对化疗耐药机制的研究主要集中在编码基因的DNA上。直接观察基因更简单，因为非编码DNA可能与基因功能有复杂的关系，但圣犹达研究小组表明，这是可能的。 

“我们证明了我们现在有工具可以找到导致化疗耐药性的相关非编码遗传因素，”圣犹达药学和制药科学系的通讯作者Daniel Savic博士说。“最终目标是了解耐药性的机制，这样我们就可以开发新的治疗方法，并根据个体独特的基因组成优化现有的化疗方法。” 

对非编码DNA进行分类，寻找化疗耐药性的根源 

“98%的非编码基因组包含指令，如果我们要建造一栋建筑，基因会对铁条、电线和混凝土进行编码;非编码DNA是蓝图。我们发现蓝图中的微小变化会影响你对某些疗法的反应。” 

该小组通过结合最先进的技术来检查患者样本和治疗结果的临床数据，探索了新的非编码抗性变体。过去，研究主要集中在单个基因或变异上。然而，结合高通量DNA测序方法，圣犹达的研究人员可以进行大规模的并行变异筛选。这些大屏幕可以同时测试1,600多种变体，以确定哪些是功能性的。这一巨大的增长使得结果更加全面，导致发现了500多种与化疗耐药性相关的功能性非编码DNA变体。 

“我们的工作代表了与药理学特征相关的遗传非编码变异的最大功能研究，特别是在ALL中，”圣犹达药学和制药科学系的共同第一作者Kashi Raj Bhattarai博士说。“我们证实，鉴定出的变异在细胞系和患者样本中也有类似的效果。” 

一种新的耐药机制 

通过一次调查许多非编码变异，研究人员可以在ALL的不同亚型中找到最具影响力的变异，并使用创新的3D基因组图谱技术将它们与特定基因联系起来。通过发现非编码基因组的变异如何影响目标基因活性的机制，他们可以弄清楚它是如何影响癌症对治疗的反应的。 

例如，屏幕上的顶部变体导致了新的抗性机制的发现。耐药性是对化疗药物长春新碱产生的。研究人员检查了包含功能性变异的DNA是如何在物理上与目标基因相连的，以及哪些转录因子(指导基因表达的蛋白质)参与了其中。科学家们在EIF3A基因附近发现了这种变异，已知EIF3A基因与细胞增殖和存活有关。当他们删除含有变异的DNA或将突变恢复到原始序列时，他们可以改变细胞对化疗药物长春新碱的敏感性。 

这项研究证明了如何将非编码DNA变异与化疗耐药性等特征机械地联系起来的原理。从癌症到神经系统疾病，这一直是阻碍遗传变异基因组学研究的一个长期问题。

 “在任何全基因组关联研究中，几乎所有相关的变异都存在于非编码基因组中，”Savic说。“因此，将这种变异与基因功能联系起来，然后与实际特征联系起来，如化疗耐药性或疾病易感性，是具有挑战性的。我们展示了我们已经利用工具和技术来系统地检查非编码基因组并了解它的作用。我们希望我们的发现可以用于改善所有患者的临床结果。”