Science：基因甲基化比基因突变更适合作为癌症早筛标志物

在人的一生中，正常的健康细胞的DNA会随着年龄的增长发生突变并且累积，一般而言，这些突变对细胞功能的影响很小。但是许多疾病，尤其癌症，是由众多变异细胞累积成群发展而来的。目前癌症早筛最主要的还是液体活检技术，包括CTCs检测、cfDNA/ctDNA检测、外泌体检测、循环RNA检测等等。其中，cfDNA/ctDNA检测又分为基因变异检测和甲基化检测两条路线。但是，即便是正常人的体细胞也是在不断突变的，包括癌症基因的突变，这无疑将会给基于基因突变为癌症早筛提出新的难题，这些都凸显了液体活检的甲基化检测优势。今天小编为大家解读一篇介绍实验团队通过方法识别RNA测序数据中每个表达基因的突变克隆，发现1/3的人在基因中会发生致癌作用的突变，表明正常人体细胞也会发生基因突变，不仅限于癌症基因的突变。该文刊登在《Science》，原文题目为“RNA sequence analysis reveals macroscopic somatic clonal expansion across normal tissues”。文章指出，作为癌症早筛，甲基化检测相比于基因突变检测更有优势！该项目收集了来自数百名健康个体的 30 多个正常原发组织的数据。研究团队通过RNA-MuTect的新分析方法，分析来自基因型组织表达 (GTEx) 的癌症基因组图谱样本和正常样本，进行突变积累的组织特异性研究。*RNA-MuTect 专注于充分覆盖的序列中包含的突变，实现了高灵敏度和精确度，能够从 TCGA 肿瘤 RNA 数据中发现大多数驱动事件和突变过程。通过对来自癌症基因组图谱 (TCGA) 的 243 个肿瘤样本（代表六种肿瘤类型）进行检测，其中DNA和RNA共同分离各自相同的单元格，当考虑到 DNA 突变的实际等位基因部分和 RNA 转录本的覆盖率时，RNA-MuTect 检测到 82% 的充分覆盖的突变。然后，研究团队通过使用两种不同的 RNA 对齐器去除对齐错误，通过基于数千个正常 RNA-seq 数据的特定位点错误模型消除测序错误等多种方法验证RNA-MuTect方法分析的灵敏度和精度。最终发现：RNA-MuTect 方法的灵敏度为 0.72，精度为 0.87，结果高度吻合。为了评估 RNA-MuTect 在正常组织上的性能，研究团队将其应用于 TCGA 中收集的一组 35 个与肿瘤相邻的正常样本，结果发现与我们在癌症样本中发现的结果一致。完成了准备工作，即确定了 RNA-MuTect 在癌症和正常样本上的表现之后，研究团队开始通过分析来自 GTEx 项目的 RNA-seq 数据来研究全面收集的正常组织中的体细胞突变。研究团队在 GTEx 数据集中，从相对大量的组织材料中提取 RNA （~20 mg 组织，估计代表 30000 到 730000 个细胞）进行检测，希望能从正常组织中提取的大量RNA中检测到突变，以便可以在来自样本中其他细胞的背景 RNA 上观察到信号。然后将RNA-MuTect应用于6707个RNA-seq样本，结果显示：在37% (2519) 的样本中检测到 8870 个体细胞突变，代表几乎所有个体 (95 %，467/488），结果支持宏观突变发生在全身许多正常组织中的观点。为了再次验证，研究团队在 83 个个体（占研究个体的 17%）中发现了 87 个 DNA 突变，在不同组织类型的其他组织（每个在不同的个体中）的至少一个 RNA 测序读数中仅发现了 7 个突变，再次验证了这一观点。这一结果说明了，正常人体细胞也会因为年龄、细胞增殖率和外部致突变的环境因子而发生突变，其中也包括癌症基因的突变。最后研究团队发现，以基因突变作为癌症早筛标记的难度很大，而且有一定的假阳性。相比之下，癌症的发生、发展伴随着DNA甲基化模式的改变，包括了逆转录元件、着丝粒及原癌基因的DNA低甲基化，以及与基因抑制相关的关键基因调控元件（如远端增强子和启动子转录起始的重叠区域）的甲基化。最重要的是：正常细胞和癌症细胞之间的DNA甲基化模式存在广泛差异。正常基因组中的大部分CpG位点都携带着5mC，而远端增强子元件及CpG岛区域对甲基转移酶DNMT的活性具有抗性；癌细胞主要表现特征为整体范围的失去甲基化遗传学修饰，反而增强子和启动子区域内出现异常的甲基化位点。这种甲基化分布的改变，导致了肿瘤抑癌基因的表达受抑制，并伴随着原癌基因表达的增加，从而进一步推动了肿瘤的发生、发展，这也成为DNA甲基化与癌症之间重要的纽带。研究结果也显示：基因甲基化的检测更适合于作为癌症早筛标记物。参考文献：DOI: 10.1126/science.aaw0726
（责任编辑：dawenwu）