黑色素瘤细胞系在对MAPK抑制剂产生抗性后，可以以两种明显不同的模式进行BRAF基因扩增(红色信号)，即染色体外DNA (ecDNA)(左)和染色体内均匀染色区(HSR)(右)
学分:宋凯/加州大学洛杉矶分校 针对黑色素瘤和其他癌症的精确治疗提高了患者的存活率，但肿瘤通常对药物不再有反应，最近的研究表明，染色体内外的DNA变化是肿瘤发生和治疗耐药性的驱动因素
为了研究一个关键的促癌遗传途径的突变，加州大学洛杉矶分校Jonsson综合癌症中心的研究人员领导开发了一个黑色素瘤耐药性模型，使他们能够研究导致支持癌细胞耐药性的染色体内和染色体外变化的结构和动力学
该模型还允许他们实验性地操作药物剂量方案，并观察与耐药性相关的反应，这可能会导致延长有效性的治疗方法
“肿瘤基因组，尤其是侵袭性癌症的基因组，具有快速和不可预测的变化能力
随着基因组测序、制图和数据分析技术的大量进步，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机制，这是许多癌症类型的驱动因素，”托马斯·格雷伯博士说
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，加州大学洛杉矶分校Jonsson综合癌症中心研究员，加州大学洛杉矶分校代谢组学中心主任，12月在线发表文章的资深作者
癌症发现20周年
BRAF突变，在甲状腺癌和黑色素瘤中相对常见，已被vemurafenib和dabrafenib等药物和其他MAPK途径抑制剂作为靶点
然而，抗性通常是通过这种途径的再激活、另一种途径的激活或两者同时发生的
黑色素瘤中常见的MAPK通路再激活的一种机制是获得BRAF扩增
经过扩增的染色体DNA片段，称为扩增子，可导致促癌基因和干扰靶向治疗的基因的过度表达
然而，与正常人类细胞中的DNA不同，这种DNA可以从染色体中分离出来，从而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脱氧核糖核酸(ecDNA)，最初被称为双分钟(DMs)，因为它们是如何在显微镜下出现的
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，这些整合位点被称为均匀染色区，因为它们包含排成一行的长段扩增子拷贝
这两种形式的局灶性扩增都是已知的癌症发展和耐药性的促成因素，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
“尽管在60多年前首次观察到它们，但直到最近几年，技术进步才开始全面揭示它们的结构、组织和在肿瘤进化中的作用
Graeber实验室的研究生、文章的第一作者宋凯说:“这项研究旨在提供MAPK相关的局灶性扩增的结构、动力学和脆弱性的细节，因为它们与黑色素瘤的耐药性有关。”
“对这些结构和相互作用的全面了解对于我们理解肿瘤的进化和可塑性以及开发克服耐药性的治疗方法至关重要
" 研究人员用针对MAPK信号通路的激酶抑制剂治疗了一个人黑色素瘤细胞系，以开发一个耐药性模型
最初，在染色体外DNA形式中观察到高BRAF基因扩增，但在稳定药物剂量下培养数月后，机制转变为染色体内HSR形式
根据作者的说法，黑色素瘤中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)的聚焦放大癌基因的类似事件的几个相关报道
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，比如对治疗条件变化的反应
例如，当细胞暴露于恒定、稳定的药物剂量治疗时，染色体内的热休克蛋白似乎比染色体外的热休克蛋白“更适合”促进癌症生长——支持在这些条件下从DMs到热休克蛋白的适应性驱动进化
然而，非稳定的或振荡的药物剂量挑战产生了一个优势，即扩增子拷贝数不与染色体相连，从而保留了携带糖尿病的细胞
尽管传统上认为携带糖尿病的细胞比HSR细胞更具可塑性，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长度会缩短，从而使癌细胞逃脱产生耐药性时出现的“毒瘾”
通过与加州大学圣地亚哥分校计算机科学系的一个团队合作，在Vineet Bafna博士的指导下进行的DNA结构分析，揭示了HSR缩短发生的机制，即在HSR没有进一步改变的情况下去除扩增子
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由合作者Dr
罗杰洛，加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心的成员
他们发现了患者肿瘤和对MAPK抑制剂治疗产生耐药性的患者来源的异种移植物模型肿瘤中MAPK基因局部扩增可塑性的证据
在其他重要的结果中，研究小组记录了尽管黑色素瘤细胞可能会对抑制信号通路的药物产生耐药性，但用这些药物治疗似乎会使它们容易受到不同形式的治疗
由于MAPK的抑制，黑色素瘤细胞将其主要的能量产生程序从糖酵解或葡萄糖代谢转移到细胞内发生呼吸和能量产生的线粒体途径
这导致被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小组将这一发现扩展到聚焦扩增背景下，以确定细胞中脂肪分子氧化的参与
这一发现揭示了氧化应激细胞易受一类新药物的影响，即所谓的促铁剂药物，其触发氧化脂质介导的程序性细胞死亡
“这个模型系统的一个重要价值在于，它允许我们寻找癌细胞的新弱点，这些弱点使用了这些基于局部扩增的抵抗方法
治疗上针对这些弱点是我们的最终目标，”格雷伯说
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