Cell：经过数先生物学掌握基因表达，靶向进击耐药性癌症

2020年11月25日讯/BIOON/---本年值得感激的工作之一是，固执、继续存在的成绩似乎对迷信家和数学家有着弗成顺从的吸引力。那些会让我们年夜多半人觉得迷惑的工作则是他们的日常研讨课题。这也是迷信家们在不时对立癌症、病毒和其他疾病的进程中获得停顿的缘由之一。

美国特拉华年夜学电气与盘算机工程系副传授、数先生物学家Abhyudai Singh就是如许。Singh研讨生化进程若何在活细胞内运转。详细来说，他开辟的数学模子可以让我们深化懂得细胞收集中庞杂的、有时是隐蔽的进程，以及当它们失足时会产生什么情形。

他的盘算任务是与美国宾夕法尼亚年夜先生物工程系Arjun Raj传授引导的一个研讨团队协作的主要构成部门。他们最新的研讨结果揭橥在Cell期刊上，论文题目为“Memory Sequencing Reveals Heritable Single-Cell Gene Expression Programs Associated with Distinct Cellular Behaviors”。他们的发明展现了一种潜在的针对耐药性细胞的新战略，这种战略能够对一切类型的耐药性癌症都有效。

图片来自University of Delaware。 Singh说，“癌细胞是异质的，即便在统一个中也是如斯。有些癌细胞具有药物耐受性（drug tolerance），并能在医治中存活上去。然后它们会复发...现在，我们发明这些药物耐受性癌细胞所触及的分子机制，这些机制对医治有影响，并可使用于分歧类型的癌症。”

他们的目的是肯定在癌细胞中发生药物耐受性的一切基因，以便愿望随后找出一种办法来毁坏它们在这些疗法中生活上去的才能。

这些研讨人员研讨了细胞表达它们的遗传性状的方法的动摇，并对相干的基因停止“开启”和“封闭”。这个进程依附于信使RNA（mRNA）分子，mRNA可将暗码转化为特定的卵白。他们发明一个罕见细胞亚群携带了一种可以在多代细胞决裂中存活上去的生物“记忆”。Singh的模子显示了细胞的基因动摇速度若何与细胞中的mRNA程度有关。懂得这些程度，就可以许可他的模子盘算出这些基因“开启”和“封闭”的速度。

一旦你晓得这些基因何时封闭---实质上是“忘却”它们对药物医治发生的耐药性---你就可以针对性设计新的医治办法和新的医治筹划，使得在癌细胞依然对药物敏感的时辰停止医治。

Singh说，分歧的基因有分歧的记忆。有的基因在“开启”了五六代（指的是细胞产生五六代决裂）之后才封闭，有的基因开启了八代。这反应了一种最终会消逝的“长久才能”。

Singh和他的同事们在这项研讨中应用了经典的Luria-Delbrück动摇剖析，并应用MemorySeq办法来寻觅这些细胞中的开启/封闭基因动摇程度。

Singh说，“你可以获得动摇程度，然则它是动摇一代、两代照样三代？这来自于很优雅的建模。”

这种建模办法添加了一个弱小的工夫元素，这就使适合药物被添加到样品中或基因测序已完成时，经过毁坏细胞系来肃清这个工夫元素是弗成能做到的。

Singh说，“现在你可以设计新的药物靶点，然后设计新的候选药物。这是相当有出路的。这是若何发生历久影响的一个很好的例子。”（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

1.Sydney M. Shaffer et al. . Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.07.003.

2.Targeting drug-resistant cancers through mathematical biology to control gene expression

https://medicalxpress.com/news/2020-11-drug-resistant-cancers-mathematical-biology-gene.html