巴塞羅那基因組調控中心（CRG）的研究人員取得了這一突破，為非侵入性診斷測試鋪平了道路，這種測試可以比現有方法更快、更早地識別各種。不同型別的癌症都有獨特的分子"指紋"，這些"指紋"可以在疾病的早期準確地識別出來。 根據今天發表在《分子細胞》上的一項研究，小型行動式掃描器能在短短几小時內檢測出這些指紋。
"錶轉錄組"指紋的藝術概念。 圖片來源：Queralt Tolosa/Centro de Regulación Genómica Queralt Tolosa/Centro de Regulación Genómica
這項研究以細胞的蛋白質工廠--核糖體為中心。 幾十年來，人們一直認為核糖體在人體中具有相同的藍圖。 然而，研究人員發現了一層隱藏的複雜性--微小的化學修飾，它們在不同的組織、發育階段和疾病中各不相同。
"我們的核糖體不盡相同。 它們在不同的組織中各司其職，並攜帶著獨特的特徵，反映出我們體內正在發生的事情，"該研究的第一作者、CRG 研究員、ICREA 研究教授伊娃-諾沃亞（Eva Novoa）說。"這些微妙的差異可以告訴我們很多關於健康和疾病的資訊。
"核糖體由蛋白質和一種名為核糖體RNA（rRNA）的特殊RNA分子組成。"人類 95% 的 RNA 都是核糖體 RNA。 它們在我們的細胞中非常普遍，"諾沃亞博士補充道。
識別組織特異性指紋
研究人員對來自大腦、心臟、肝臟和睪丸等多種不同組織的人類和小鼠 rRNA 進行了各種型別的化學修飾。 他們發現，每個組織都有獨特的 rRNA 修飾模式--他們稱之為"錶轉錄組指紋"。
"核糖體上的指紋告訴我們細胞來自哪裡，"該研究的第一作者 Ivan Milenkovic 博士說。"這就像每個組織都在標籤上留下了自己的地址，以防其細胞最終被招領。"
研究小組在癌症患者的病變組織樣本中發現了不同的指紋，尤其是在肺部和睪丸。米倫科維奇博士說："癌細胞被低度修飾，這意味著它們會不斷丟失其中一些化學標記。我們認為這可能是一種強有力的生物標誌物。"
這項研究對肺癌進行了更深入的研究。 研究人員從20名一期或二期肺癌患者身上獲取了正常組織和病變組織，並證實癌細胞的rRNA被低度修飾。 他們利用這些資料訓練了一種演算法，該演算法可以完全根據這種獨特的分子指紋資料對樣本進行分類。
該測試在區分肺癌和健康組織方面達到了近乎完美的準確度。"大多數肺癌直到晚期才會被診斷出來。" 米倫科維奇博士說："在這裡，我們可以比平常更早地檢測出肺癌，這有一天會為病人贏得寶貴的時間。"
奈米孔測序技術的突破
這項研究之所以能夠完成，要歸功於一種名為奈米孔直接 RNA 測序的新技術，它可以直接分析 rRNA 分子及其所有修飾。這使我們能夠看到修飾的自然背景。
在奈米孔測序技術出現之前，傳統技術在處理 RNA 分子時會先去除化學修飾，然後研究人員才能對其進行研究。
"科學家們通常會把核糖體 RNA 去掉，因為他們認為這是多餘的資訊，會妨礙我們的實驗。 幾年過去了，我們已經把這些資料從垃圾場裡拿了出來，變成了一座金礦，尤其是在捕捉到化學修飾資訊的時候。 "諾沃亞博士說："這是一個令人難以置信的轉變。"
奈米孔測序的優勢在於它依賴於小型行動式測序裝置，可以放在手掌中。 研究人員可以將生物樣本放入機器中，機器會實時捕捉和掃描 RNA 分子。
這項研究只需掃描從組織樣本中獲取的 250 個 RNA 分子，就能區分癌細胞和正常細胞。 這只是典型奈米孔測序裝置能力的一小部分。諾沃亞博士說："開發一種快速、高度準確的檢測方法是可行的，這種方法可以使用極少量的組織來檢測癌症的核糖體指紋。"
實現無創診斷
從長遠來看，研究人員希望創造出一種診斷方法，能夠從血液中迴圈的 RNA 中檢測出癌症的指紋。 這將是一種侵入性較小的方法，因為它只需要血液樣本，而不需要從病人身上採集組織樣本。
該研究的作者提醒說，在這種方法用於臨床之前，還需要做更多的工作。Milenkovic 博士說："我們只是觸及了表面。我們需要進行更大規模的研究，在不同人群和癌症型別中驗證這些生物標誌物。"
還有一個有待探索的大問題是，為什麼這些修飾首先會在癌症中發生變化。 如果 rRNA 修飾有助於細胞產生促進不受控制的生長和存活的蛋白質，那麼研究人員就能確定負責新增或去除修飾的機制，從而有可能找到逆轉有害變化的新方法。
諾沃亞博士說："我們正在緩慢而堅定地揭開這種複雜性的面紗，理解細胞的語言只是時間問題。"
DOI: 10.1016/j.molcel.2024.11.014
編譯自/scitechdaily
