约翰霍普金斯医学院的研究人员发现了人类乳腺和肺细胞中的一个分子途径，这可能导致基因组过度复制，这是癌细胞的一个共同特征。通过研究细胞周期，他们揭示了在压力下某些蛋白质和酶的异常行为，这可能导致癌症的发生。这些发现可能有助于开发针对这些分子异常的新癌症疗法，从而有可能阻止癌症的进展。

科学家们在《科学》杂志上发表的研究结果揭示了当一组分子和酶触发和调节所谓的“细胞周期”时出现问题的过程。细胞周期是利用细胞的遗传物质制造新细胞的重复过程。

为了复制，细胞遵循一个有序的程序，首先制作它们整个基因组的副本，然后分离基因组副本，最后将复制的DNA平均分配到两个“子”细胞中。

人类细胞有23对染色体，其中一半来自母亲，一半来自父亲，包括性染色体X和Y，总共46个。然而，癌细胞在中间状态时数量是这个数字的两倍——92个染色体。这一过程是如何发生的一直是一个谜。

“癌症领域的科学家们长期存在的问题是：癌细胞基因组是如何变得如此糟糕的？”约翰霍普金斯大学医学院分子生物学和遗传学副教授Sergi Regot博士说，“我们的研究挑战了对细胞周期的基本认识，并使我们重新评估了我们关于周期如何被调节的观点。”

Regot说，复制基因组后受到压力的细胞可能会进入休眠或衰老阶段，并错误地冒着再次复制它们的基因组的风险。

通常，这些休眠细胞最终会被免疫系统清除，因为它们被“识别”为有缺陷。然而，有时，特别是随着人类年龄的增长，免疫系统无法清除这些细胞。当这些异常细胞在体内自由游荡时，它们可以再次复制它们的基因组，在下一次分裂时洗牌染色体，并且癌症开始生长。

为了确定细胞周期中出错的分子途径的细节，Regot和研究生助理Connor McKenney领导的约翰霍普金斯团队专注于排列在乳腺导管和肺组织的人类细胞。原因是：这些细胞通常比其他身体细胞的分裂速度更快，增加了观察细胞周期的机会。

在这项新的研究中，团队仔细检查了数千张单细胞经历细胞分裂的图像。研究人员开发了发光生物传感器来标记被称为细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）的细胞酶，它们在调节细胞周期中的作用众所周知。

他们发现，在细胞周期的不同时间激活了各种CDK。在细胞暴露于环境压力源（如干扰蛋白质产生的药物、紫外线辐射或所谓的渗透压压力（细胞周围水压的突然变化））之后，研究人员发现CDK 4和CDK 6的活性降低。

然后，在五到六小时后，当细胞开始准备分裂时，CDK 2也被抑制了。在这一点上，一个名为后期促进复合体（APC）的蛋白质复合物在细胞即将分离和分裂的阶段被激活，这一步骤称为有丝分裂。

“在研究中的压力环境中，APC的激活发生在有丝分裂之前，而它通常只在有丝分裂期间激活，”Regot说。

大约90%的乳腺和肺细胞在暴露于任何环境压力源时离开细胞周期并进入静止状态。

在他们的实验细胞中，并非所有细胞都静止了。

研究团队观察到大约5%到10%的乳腺和肺细胞返回到细胞周期，再次分裂它们的染色体。

通过另一系列实验，团队将所谓的压力激活蛋白激酶活性的增加与那些绕过静止阶段并继续加倍基因组的一小部分细胞联系起来。

Regot说，目前正在进行的临床试验正在测试DNA损伤剂与阻断CDK的药物的组合。“可能这种药物组合可能会促使一些癌细胞复制基因组两次，产生最终导致药物抗性的异质性，”Regot说。

“可能有药物可以阻止APC在有丝分裂之前激活，以防止癌细胞复制基因组两次并防止肿瘤阶段的进展，”Regot说。

这项来自约翰霍普金斯大学的研究不仅为我们提供了关于癌症发展过程中细胞周期的新见解，而且为开发新的癌症治疗策略提供了可能。通过针对这些分子途径的异常，我们可能更有效地阻止癌症的进展，甚至预防癌症的发生。这项研究强调了跨学科合作在解决复杂医学问题中的重要性，并为未来的癌症研究和治疗开辟了新的道路。你对这项研究的发现感到兴奋吗？它将如何影响我们对癌症治疗的理解？在评论区分享你的想法，让我们一起探讨如何利用这些新发现来对抗癌症。

参考资料：DOI： 10.1126/science.adi2421