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DNA测序如何用于癌症治疗?

癌症治疗越来越多地针对癌细胞内的基本异常现象,这些异常基因通常可控制细胞分裂,但在肿瘤细胞中受损或有缺陷的基因和蛋白质。为了了解哪些基因异常,它们在基因组中的位置以及它们如何影响细胞生长,医生和科学家使用了一种称为DNA测序的程序。

DNA测序涉及确定构成DNA分子的四个化学组成部分或“碱基”的精确顺序。这些化学名称的第一个字母分别用A,C,T和G表示。这些碱基说明了每个细胞和每个生物的遗传密码。人类细胞共有约60亿个碱基,沿着DNA的整个长度成对排列。这个数字大约等于6 GB的数据,或者说是一本有300万页的书中的字母数。

了解碱基序列(也称为核苷酸)有助于科学家了解DNA的不同片段如何发挥作用。一些片段包含基因,这些基因是细胞产生的蛋白质的蓝图。其他部分(比基因更多且占据更多空间)控制基因是打开还是关闭。也就是说,他们确定基因是被细胞主动“读取”以产生蛋白质,还是仅在核中“被记录”。 DNA的其他区域没有已知的功能,可能是进化错误转弯和绕道而产生的滞留物。

DNA测序探索了癌细胞内的基本异常。

由于DNA构成细胞的“操作手册”,因此碱基排列错误会导致细胞发生多种故障。没有比在癌症中更明显的证据了,这种疾病与任性基因最相关。癌细胞中出现的那种测序错误可以采取几种形式。这些包括突变,其中一个碱基被错误地交换为另一碱基。拷贝数变化,其中一个基因或该基因的一部分反复出现或完全缺失;和易位,其中一段DNA被束缚在基因组的错误部分。

DNA测序如何用于癌症治疗?

并非每个遗传错误或异常都会导致癌症。许多对细胞功能没有明显影响。但是某些异常是某些癌症的标志。例如,医生知道许多非小细胞肺癌 (NSCLC)的EGFR基因都有突变。有针对性的药物可以抵消某些突变的影响。因此,通过对非小细胞肺癌患者的肿瘤细胞进行测序,医生通常可以确定可能从这些药物中受益的患者。

尽管近年来DNA测序的成本已急剧下降,但对肿瘤细胞内的所有30亿个碱基对进行测序通常是不可行或负担不起的,甚至是没有必要的。这就是为什么今天进行的许多测序是“整个外显子组测序”的原因,该测序涉及仅在编码蛋白质的DNA部分中读取碱基。

在Dana-Farber,测序是Profile计划的核心,在该计划中,对患者的肿瘤组织进行扫描以查找数百种与癌症相关的突变或其他异常情况。这些扫描的结果可以表明患者是靶向疗法或正在测试潜在新疗法的临床试验的良好候选者。

DNA测序还可用于鉴定可能患有某些类型遗传癌症的人 。扫描正常细胞的基因BRCA1BRCA2中的突变,例如,可以表明一个人是否有高于平均水平的机会患上与那些突变相关的癌症。如果是这样,则此类个人可以采取多种措施来降低其风险。

测序与癌症研究

测序在癌症研究中也起着重要作用。诸如“癌症基因组图谱”之类的项目正在对数千个肿瘤组织样本进行测序,以帮助发现哪些遗传异常会驱动各种癌症的生长。测序还可以帮助研究人员追踪癌症如何随时间改变其基因组条纹。例如,研究人员希望通过在治疗前后对肿瘤中的DNA进行测序,来研究癌症如何适应治疗并可能对其产生抗药性。

这种使用测序的例子是达纳-法伯(Dana-Farber)预防血液癌症进展中心的PCROWD研究。研究人员正在从患有先天性血液疾病的人那里收集组织样本,这些疾病会发展成血液系统癌症,例如多发性骨髓瘤Waldenström巨球蛋白血症以及其他血液疾病。通过对这些样本中的细胞进行基因测序,研究人员希望了解这些疾病的发生方式,并开发出能够阻止这种进展的靶向药物。