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进化性别和TRACERx癌症的备用轮胎如何帮助其生存

几乎所有动物都有性行为。就是说,来自精子和卵子的DNA被交换成具有父母双方基因混合物的后代。

这也是植物的常态,一种植物的花粉使另一种植物的花粉受精。甚至细菌也有原始的性行为,它们会延伸附属物,称为菌毛,将DNA从一种细胞传递到另一种细胞。

从进化的角度看,这似乎适得其反。为什么有人要只将一半的DNA传给后代,而不是无性繁殖?

但是对于许多物种而言,这种遗传物质的交换对于生存至关重要,并且在整个进化过程中一直被一致选择。

考虑替代方案,很容易理解原因。

有些生物失去了做爱的能力,例如自育round虫,一种叫做亚马逊莫利的鱼类和某些变形虫。没有机会在不相关的个​​人之间重新安排DNA,就会积累遗传错误。

这种现象被称为穆勒棘轮,已在许多无性生物中观察到。该生物体拾取的任何不良突变(棘轮的转变)都将传递给其后代,而无法恢复该基因的原始版本。

当后代繁殖时,这些突变以及在其一生中获得的任何其他突变将再次传递。每一代,有害的突变都会累积,棘轮变紧,直到该物种不再存活为止。

癌细胞是无性的

癌症细胞分裂,因为他们这样做,并且可以被认为很像无性变形虫的军队迅速,拿起大量DNA的错误。我们的科学家TRACERx是一项耗资1400万英镑的项目,旨在了解肺癌的演变过程,他们利用这种比较来解释在肿瘤细胞中观察到的神秘现象。

在显微镜下看着癌细胞,您不会看到在健康组织中发现的整齐包装的46条染色体。它们的DNA混乱,染色体部分相互交换,复制或缺失。

在某些癌细胞中,科学家注意到甚至更不寻常的东西,即全基因组加倍。

“当我们观察肿瘤,特别是肺癌时,我们发现许多肿瘤的基因组在其进化史的某个时刻已使基因组倍增。几乎每条染色体似乎都被复制了,因此DNA比正常染色体多得多。单元”,伦敦大学学院TRACERx小组联席负责人Nicky McGranahan博士解释说。

到目前为止,其原因仍然是个谜。

巨蟹座的备胎

“我们认为将基因组增加一倍实际上可能对癌症有生存优势。癌症的进展是一个进化过程,因此达尔文自然选择法则适用。”

该团队的理论是,拥有额外的遗传密码副本(本质上是一种备用轮胎)可以使癌细胞受益。如果基因组的一个拷贝获得了致命的突变,那么由于其第二个拷贝,该细胞可以继续存活并分裂。

为了测试这一点,研究人员创建了一个计算机模型,以重现癌症进化的条件,并确定理论上自然选择是否有利于整个基因组加倍。事实证明确实如此。

McGranahan解释说:“我们的模拟发现,如果有害突变率足够高,进化将有利于基因组加倍。”

结果增加了他们理论的重要性,表明在正确的情况下,基因组的第二个副本可以通过抵消随着癌细胞分裂而积累的DNA错误的负面影响而使癌细胞受益。

但是要真正检验该理论,他们需要的不仅仅是模型。为此,研究小组从TRACERx研究的参与者那里获取了肺癌样本。几乎立即遇到了问题。

寻找弹孔

“研究癌症进化的棘手之处在于,当我们分析肿瘤时,我们只研究活着的癌细胞。这与研究进化生物学相反,当时我们可以观察化石记录,这提供了丰富的信息。关于进化死角的信息无处不在。”

麦格拉纳汉认为,这类似于工程师和统计学家在分析第二次世界大战后返回的飞机时所面临的问题。

“许多飞机回来时,机身上有很多弹孔,但统计学家并没有对这些损坏的区域提供额外的保护,而是认为未损坏的零件(例如发动机)需要进行加固。引擎再也没有恢复原状”。

该团队采用了类似的方法-研究癌细胞可以存活多少个遗传孔或突变。

研究人员在《自然遗传学》上发表了他们的工作,发现在癌细胞使基因组倍增后,更多的遗传孔出现了证据。这提供了他们正在寻找的证据,即整个基因组加倍确实允许细胞承受更多的DNA错误,并且受到自然选择的青睐。

治疗的演变

利用进化生物学家开发的理论和方法,这项研究为癌症的复杂发展提供了启示。但是这些发现不仅有助于我们了解这种疾病,还可能导致新的治疗方法。

机会是双重的,正如McGranahan解释的那样:“整个基因组加倍是癌症逃避穆勒棘轮的有害影响的一种方式。但这本身是我们之前从未真正探索过的东西,是否可以确定癌细胞中的突变是否是我们希望找出更多可以被新的癌症药物利用的弱点。”

“更糟糕的是,事实上,癌细胞经常加倍的基因组中的主要区别癌细胞和健康细胞。一种药物,专门针对细胞加倍的基因组,同时使健康细胞不受损害,可能会导致许多新的治疗不同类型的癌症 ”。

癌症已经找到了一种抗拒进化的方法,并克服了随着遗传错误的增加而困扰无性变形虫的问题。但是,在TRACERx团队的帮助下,我们希望这可以成为失败的原因。

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