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导航与“谷歌地图”多发性骨髓瘤的癌症基因组

教授大卫·施瓦茨 and a graduate student work with blue lasers in a dark research lab

石锅周(左)和大卫℃。施瓦茨看那个蓝色激光如下的路径 - 通过聚焦光学器件和分束器 - 导致他们的自动化的显微镜研究中的一个在实验室用于分子和计算基因组之前。 
照片: 杰夫·米勒,大学通信

在某些方面,研究癌症的遗传学一直喜欢研究上镶嵌各个铺砌,说: 大卫·施瓦茨在威斯康星 - 麦迪逊大学的遗传学和化学教授。以他的观点,他把他的脸贴近他坐在桌子 - 他的马赛克为说明的目的 - 并说明了每个虚瓦的细节。

“我能得到瓷砖的会计,”他说,“但我不能窥其全貌,因为我不能退一步远远不够。”

在公布的6月8日的一项新研究 科学的美国国家科学院院刊,施瓦茨和他的研究小组,通过最近出炉的博士带头阿迪亚古普塔,描述了研究癌症基因组施瓦茨说将让科学家们占到了单个的地砖,整个镶嵌的新方法。它使研究人员和临床医生看看在限定单个癌症的小规模和大规模的遗传变化。

通过在研究方法,研究人员描述了一个肿瘤的独特基因组功能的多发性骨髓瘤患者,并确定这种无法治愈的血液癌症的治疗潜在的新的药物靶点。

教授大卫·施瓦茨

“癌症基因组是复杂的,但我们发现,使用这样的方法,你就可以开始在各个层面去理解他们,”施瓦茨说。

换句话说,这种方法就像是癌症创建一个谷歌地图。它可以让科学家和临床医生来拉近各个更改为“街景”在癌症的遗传代码,或者缩小了的全基因组变化更为谷歌地球风格的角度来看,一切都在两者之间。它可以让他们来检查在疾病的发展在病人的癌症变化,监测耐药性和微调治疗的迹象,施瓦茨说。

虽然这项研究并没有携带统计力量 - 只有一个病人的肿瘤进行分析 - 它打开门让别人测试的研究人员发现了什么。它也显示出方法,它结合了一个系统施瓦茨发明的,称为光映射,与像DNA测序更传统的遗传工具的潜力。

“该方法允许癌症基因组的一个亲密的观点,”他说。 “你能看到它,你能衡量它,你能看到它发展在许多层面。这是我们应该与每一个癌症基因组做,这里的目标是使系统速度不够快所以这将成为一个常规工具“。

基因组是个体植物的DNA,动物,人,或癌细胞,包括其间的基因和所有的材料(其曾经被误称为垃圾DNA)的完全互补。癌症基因组充斥着的是使其不从细胞在人体内剩下的只有不同,但也经常有害的突变。

尤其是多发性骨髓瘤的特点是在基因组在病程中的广泛变化,说研究的共同作者, fotis asimakopoulos,医学教授,医学和公共卫生的188bet体育官网的学校多发性骨髓瘤研究人员和医生。

在方法,研究人员获得了肿瘤和非癌样本在两个不同时间与多发性骨髓瘤患者:病情在哪里癌症是响应药物治疗的一个阶段,它已经进展之后,是对化疗耐药。

他们进行标准DNA测序来读取各单字母拼写出癌症的基因组的代码,产生小片的像马赛克,或地图的放大的部分的各个铺砌的信息。

然后,从癌症分离各个DNA分子,研究人员在在威斯康星大学生物技术中心唯一的设施,其中,施瓦茨也附属进行光学映射。

在该系统中 - 这施瓦茨用作首次阐明玉米的基因组的复杂在2009团队的一部分 - 的DNA的单链中伸出并放置在一个特殊的设备。股给出了具体的标志性建筑,像一本书的标签,并标有荧光染料。自动化系统会为每个这些标记段的图像,编目分子条形码状成大数据集,它们然后拼凑在一起像拼图,以提供基因组的可缩放的图。

研究小组随后分层两者结合起来,从组装DNA测序的“砖”,然后退一步看到完整的壁画与光学测绘,提供患者的多发性骨髓瘤基因组的完整视图。

“这是一个骨髓瘤基因组的复杂罕见的,近乎完全表征,从最小方差一路的肿瘤DNA和患者的正常DNA之间的不同染色体物质大块大块的,” asimakopoulos说。

施瓦茨说的办法让他们看到,相对于患者的非癌基因组,并在两个癌症的时间点,多发性骨髓瘤基因组的特点是增加了显着的突变和较大规模的变化。不仅在那里镶嵌(突变)作为癌症的进展更不寻常的砖,但是砖的整个部分被拆除,翻转周围,甚至插入。

“占单独区块不会告诉你任何东西,这就是为什么你需要一个全面的看法,”他说。 “你想每一个基地,但你也想在本地和全球秩序尽可能正确,这就是我们所做的。”

在研究中,研究人员强调,他们认为变化是最值得进一步探索和产生的最大潜力为今后的治疗方法。而新的药物治疗已经改善了多发性骨髓瘤患者的生存率近十年,癌症几乎总是成为抗拒治疗,导致不良后果的患者随着时间的推移。研究人员希望这种方法能帮助防止耐药性的完全,或帮助科学家和医生发展的方式来解决它。

“治愈骨髓瘤,我们需要了解基因组如何与进展和治疗的发展,说:” asimakopoulos。 “我们越能理解显著深度在癌症中的驱动程序,并在每一个人,我们就能更好地调整治疗,每个患者的疾病生物学”。

我们已经进入集中在更加个性化,精密医学的时代,他和施瓦茨说,这种做法是朝着更好的实现这一目标的一个步骤。 asimakopoulos正在采取一些从研究回到他的实验室的调查结果,和Schwartz希望看到用于单个患者癌症基因组在其病程中映射系统。

“而不是1级,我们可以说,“这是乔的骨髓瘤,并给予突变和其他信息的这份名单中,这是治疗,”他说。 “没有两个骨髓瘤是一样的。”

施瓦茨继续朝着如何推进系统工作,使其分辨率更高,更具成本效益和可扩展性。最终,他希望建立能够分析1000个基因组的系统 - 在24小时内 - 癌或其他。

他也想继续打造大学进行有意义的人类研究,利用和链接的物理,化学,生物学,生物信息学和医学的工具来改变结果为患者的能力。他认为188bet体育官网成为这类工作的全国甚至全世界的中心。

“我喜欢看问题,并得到降浊,我会拿一个锤子和斧头给他们,他们绑起来,把比赛给他们 - 任何事情来得到一个答案,”他说。 “我只是喜欢能够采取什么我们做了 - 物理,显微镜检查,化学 - 并用它们来对人类生物学产生实际的影响”

188bet体育官网的研究的共同作者包括迈克尔的地方,史蒂芬戈尔茨坦,康斯坦丁potamousis,jaehyup金,克莱尔那根,迈克尔·牛顿,娜塔莉·卡伦德,peiman hematti,金刚砂bresnick。该研究小组还包括来自德里的印度统计研究所,印度和伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校大学的研究人员。

凯利四月泰瑞尔,大学通信