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鲸鱼如何挑战癌症的可能性

发布时间:2019-05-14 15:47:14 来源:

科学家们知道,年龄和体重是癌症发展的危险因素。这应该意味着鲸鱼,其中包括地球上一些最大和寿命最长的动物,具有发展癌症的巨大风险。

但他们没有。相反,他们不太可能发展或死于这种神秘疾病。大象和恐龙的亲戚,鸟类也是如此。Marc Tollis是北亚利桑那大学信息学,计算机和网络系统学院的助理教授,他想知道原因。

Tollis领导了来自亚利桑那州立大学,荷兰格罗宁根大学,马萨诸塞州沿海研究中心和全球其他九所院校的科学家团队,研究鲸类动物的潜在癌症抑制机制,包括鲸鱼,海豚和鼠海豚在内的哺乳动物群体。他们的研究结果揭示了座头鲸的基因组,以及其他九种鲸类的基因组,以确定它们的癌症防御是如此有效,今天发表在分子生物学和进化论上。

这项研究是新成立的亚利桑那癌症和进化中心或ACE的第一个重要贡献,由Carlo Maley执导,获得国家癌症研究所颁发的850万美元奖金。Maley是一位进化生物学家,是ASU Biodesign Virginia G. Piper个性化诊断中心和生命科学学院教授的研究员。他是这项新研究的高级合着者。

Tollis说,研究发现大自然在生命树中以无数种方式击败了癌症,研究人员可以利用这些信息来帮助找到预防人类癌症的潜在新靶点,例如使用可以阻止细胞的鲸鱼版本的蛋白质增殖以开发缩小人体肿瘤的药物。

“我们的目标不仅是让自然让我们了解更好的癌症疗法,而且让公众了解癌症的新视角,”Tollis说。“鲸鱼和大象进化为击败癌症的事实,以及恐龙也遭受过这种疾病的事实,这表明癌症已经成为数百万年进化的选择性压力,它一直伴随着我们。我们希望这一点可能会改变人们与疾病的关系,这可能是痛苦和个人的。它还有助于更好地了解生物多样性。在我们目前的第六次大规模灭绝中,我们需要得到所有保护的理由。“

为什么是鲸鱼?

最基本的是,当身体细胞分裂和变异时就会发生癌症。细胞分裂在生物体中是正常的,体细胞或体细胞突变也是如此。大多数时候,体细胞突变要么无害,要么身体能够修复这些突变。如果没有,那可能会导致癌症。

除此之外,癌症变得更加复杂。对于所有类型的癌症和所有类型的生物进行的所有研究,仍然有更多的问题而不是答案。然而,年龄和体型是人们众所周知的危险因素。Tollis说,对此的一种解释是癌症风险总体上是生物体一生中发生的细胞分裂数量的函数。

“这是由体细胞进化驱动的 - 当体细胞复制基因组,分裂并产生子细胞时发生的遗传变化,”他说。“你的寿命越长,你所拥有的细胞分裂就越多,并且在后代细胞的基因组中发生致癌突变的可能性就越大。同样,更大的个体由更多的细胞构成,这也增加了癌症的机会 - 导致突变。“

了解这一点,值得研究的是,鲸鱼是否比地球上大多数哺乳动物的寿命更长,体内脂肪含量更高,更容易患上癌症。他们不是。这种现象被称为Peto's Paradox,是Tollis和他的团队所研究的。鲸鱼如何挑战这些众所周知的风险因素?在早期的研究中,ASU的Carlo Maley研究了负责大象癌症抑制的替代机制。

方法和结论

该团队根据联邦研究许可证从马萨诸塞州海岸的成年雌性座头鲸身上获取皮肤样本。这条名为Salt的鲸鱼对研究人员和鲸鱼观察者来说都是众所周知的。她在20世纪70年代中期被海岸研究中心编目并被选中进行这项研究,因为她的生活史是任何个体座头鲸中记录最多的。该团队对Salt的基因组进行了测序和组装,该基因组需要从皮肤组织中提取DNA,将其分成较小的位并通过DNA测序仪生成近20亿个短序列。然后他们将这些序列重新组合成一个跨越大约27亿个碱基对的基因组装配体。(相比之下,人类基因组长约31亿个碱基对。)他们还测序了RNA,

该团队随后将座头鲸基因组与其他哺乳动物的基因组进行了比较,包括其他海洋巨头,如蓝鲸,长须鲸,弓头鲸和抹香鲸。他们期望看到很多差异,但也有一些相似之处,特别是基因组中执行重要功能的部分。他们还寻找进化过的基因组部分,以帮助鲸鱼适应环境。

他们发现鲸鱼基因组的某些部分比其他哺乳动物进化得更快。鲸鱼基因组的这些部分包含控制细胞周期,细胞增殖和DNA修复的基因,这些基因对正常细胞功能至关重要。在人类癌症中,许多这些基因是突变的。鲸鱼基因组也在肿瘤抑制基因中进化出许多重复序列。

“大自然告诉我们,癌症基因的这些变化与生命是一致的。接下来的问题是,这些变化中的哪一个可以预防癌症,我们能否将这些发现转化为预防人类癌症?” 来自亚利桑那州立大学生物设计研究所的癌症进化生物学家Carlo Maley说,他是2011年与格罗宁根大学格罗宁根进化生命科学研究所的海洋哺乳动物保护遗传学家PerPalsbøll合作开展该项目的两位资深作者之一。与海岸研究中心的Jooke Robbins合作。

“这表明鲸鱼在哺乳动物中是独一无二的,为了进化它们巨大的大小,这些重要的'管家'基因,在进化上保守并且通常可以预防癌症,必须跟上以保持物种的健康,”Tollis说过。“我们还发现,尽管这些癌症相关部分的鲸鱼基因组进化速度比其他哺乳动物更快,但与其他哺乳动物相比,鲸鱼在基因组中累积的DNA突变数量远远少于其他哺乳动物,这表明它们的突变率较低。”

这种缓慢的变化速度也可能限制鲸鱼接触致癌的体细胞突变。

这项研究建立在亚利桑那州立大学团队在大象身上发现较低癌症率的研究的基础上,另一种哺乳动物体型较大,可以长寿但与鲸鱼在遗传上没有多少共同之处。两个物种都通过不同的机制达到了相同的结果 - 癌症抑制。灭绝的巨型恐龙可能也是如此; 虽然科学家已经在恐龙化石中发现了癌症的证据,但这组生物包括有史以来行走在地球上的最大动物,因此它们也可能具有有效的癌症抑制作用。

Tollis及其团队的下一步将是使用鲸细胞系实验更好地了解癌症抑制表型,这将为团队的基因组结果提供重要的功能验证。这将是产生鲸鱼衍生的人类癌症药物的第一步。他们还在研究其他动物,如蝙蝠,陆龟和鳄鱼,看看这些长寿的物种如何抑制癌症。座头鲸基因组也将作为其他团队成员研究鲸鱼突变率和其他适应性的基础,利用从Palsbøll团队策划的自由范围座头鲸收集的9,000多个DNA样本的集合。

这项研究得到了亚利桑那州癌症进化中心的支持,该中心由美国国立卫生研究院提供五年资助,并由格罗宁根大学提供额外资金。

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