【AACR子刊】染色体内外DNA的变化，可能是黑色素瘤产生耐药性的驱动因素!

针对黑色素瘤和其他癌症的精确疗法提高了患者的生存率，但肿瘤往往停止对药物的反应，最近的研究指出，染色体内外DNA的变化是肿瘤发生和耐药性的驱动因素。

为了研究关键的促癌遗传途径中的突变，加州大学洛杉矶分校 Jonsson综合癌症中心的研究人员开发了一种黑色素瘤耐药性模型，使他们能够研究导致染色体内和染色体外变化的结构和动力学，支持癌细胞的耐药性。该模型还允许他们通过实验操纵药物剂量方案并观察耐药性相关反应，这可能会导致延长疗效的治疗方法。

“肿瘤基因组，特别是侵袭性癌症的基因组，具有快速且不可预测的变化能力。随着基因组测序、绘图和数据分析技术的不断进步，我们开始了解染色体水平上影响肿瘤发生和耐药性的条件、结构和相互作用。在这项研究中，我们描述了BRAF和MAPK信号通路中其他基因的局部扩增的机制，这是许多癌症类型的驱动因素。”加州大学洛杉矶分校Jonsson综合癌症中心的研究员、加州大学洛杉矶分校代谢组学中心主任Thomas Graeber博士说，他是12月20日在线发表在《Cancer Discovery》杂志上的文章的资深作者。发表了一篇题为“Plasticity of extrachromosomal and intrachromosomal BRAF amplifications in overcoming targeted therapy dosage challenges”的文章：

https://cancerdiscovery.aacrjournals.org/content/early/2021/12/17/2159-8290.CD-20-0936

在甲状腺癌和黑色素瘤中相对常见的BRAF突变已使用诸如vemurafenib和dabrafenib以及其他MAPK途径抑制剂等药物靶向。然而，耐药性通常是通过该途径的重新激活，或不同途径的激活，或两者兼而有之而发生的。在黑色素瘤中常见的MAPK途径重新激活的一种机制是获得BRAF扩增。

经历扩增的染色体DNA片段（称为扩增子）可导致癌症促进基因的过表达和干扰靶向治疗的基因的过表达。但是，与正常人细胞中的DNA不同，该DNA可以与染色体分开，因此可以更自由地漂浮在细胞核中。这种类型的扩增子被称为染色体外DNA（ecDNA），最初被称为双分钟（DMs）。

随着时间的推移，这些扩增子可以重新整合到不同的染色体中，并且这些整合位点被称为均匀染色区域（HSRs），因为它们包含连续排列的长片段扩增子拷贝。这两种形式的局灶性扩增都是导致癌症发展和耐药性的已知因素，而DM和HSR模式之间的转换是癌细胞如何进化或表现出“可塑性”的一个例子。虽然它们在60多年前首次被观察到，但只有在最近几年内，技术进步才开始充分揭示它们在肿瘤演变中的结构，组织和作用。

染色体外DNA（ecDNA）（左）和染色体内均匀染色区（HSR）（右）

Graeber实验室的研究生兼该研究的第一作者Kai Song说：“这项研究旨在提供有关MAPK相关局灶性扩增与黑色素瘤耐药性相关的结构，动力学和脆弱性的详细信息。对这些结构和相互作用的完整了解对于我们对肿瘤进化和可塑性的理解，以及克服耐药性的治疗方法的发展至关重要。”

研究人员用靶向MAPK信号通路的激酶抑制剂治疗人黑色素瘤细胞系，以建立耐药模型。最初，在染色体外DNA形式中观察到高BRAF基因扩增，但在一个稳定的药物剂量下，经过几个月的培养，该机制转变为染色体内HSR形式。据作者介绍，黑色素瘤模式转换的观察增加了文献中关于不同癌症类型（包括白血病和神经母细胞瘤）的局部扩增癌基因中类似事件的相关报道。

研究发现，每种形式的DNA都为肿瘤细胞提供了不同的“适应性”优势，例如对不断变化的治疗条件的反应。例如，当细胞暴露于恒定，稳定的药物剂量治疗时，染色体内HSR似乎比其染色体外的HSRs“更适合”以促进癌症生长，从而支持在这些条件下从DMs到HSRs的适应性驱动的进化。然而，非稳定或振荡的药物剂量攻击产生了不具有与染色体连接的扩增子拷贝数的优点，因此保留了携带DM的细胞。

尽管传统上认为携带DM的细胞比HSR细胞更具可塑性，但研究发现HSR细胞也具有扩增子拷贝数可塑性。当药物剂量减少时，HSR长度可以缩短，从而使癌细胞逃脱获得耐药性时出现的“药物成瘾”。在加州大学圣地亚哥分校计算机科学系Vineet Bafna博士的指导下，通过与一个团队合作进行的DNA结构分析，揭示了发生HSR缩短的机制，即扩增子的去除而不进一步改变HSR。

这一发现得到了由UCLA Jonsson综合癌症中心成员Roger Lo博士领导的研究团队的文献和临床研究报告的支持。他们发现在患者肿瘤和患者来源的异种移植模型肿瘤中，MAPK基因的局部扩增具有可塑性的证据，这些肿瘤已经对MAPK抑制剂治疗产生了耐药性。

在其他重要结果中，研究团队记录了虽然黑色素瘤细胞可能对信号通路抑制药物产生耐药性，但药物治疗似乎使它们容易受到另一种治疗形式的伤害。随着MAPK抑制，黑色素瘤细胞将其主要的能量生成程序从糖酵解或葡萄糖代谢转移到细胞内的呼吸和能量生成的线粒体途径。这导致处理细胞中反应性氧化应激的产生增加。在以前的研究中已经观察到这种级联反应，加州大学洛杉矶分校领导的研究团队在焦点放大背景下扩展了研究结果，以确定脂肪分子在细胞中的氧化作用。这一见解表明，氧化应激细胞易受新型药物的影响，即所谓的促铁蛋白药物，可引发氧化脂质介导的程序性细胞死亡。

Graeber说：“这个模型系统的一个重要价值在于，它允许我们寻找使用这些基于局部扩增的耐药方法的癌细胞的新脆弱性，针对这些脆弱性的治疗是我们的最终目标。”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2021-12-chromosome-level-melanomas-drug-resistance.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。