两项独立研究显示,大象基因组进化出多拷贝的肿瘤细胞抑制基因,这就揭示了为何大象几乎不患有癌症。
为何大象不会得癌症是一个世界性难题,牛津大学流行病学家Richard Peto教授却在上世纪70年代提出不同的观点。Peto指出,一般情况下,癌症发病率和动物体型以及年龄的关系不大。令人惊奇的是:大型动物或老年动物的细胞分裂次数本应远远多于小型和幼年动物,因此,前者的细胞拥有更多的随机突变机会,致使它们更易患癌。Peto推测在这些大型的老年的动物体内可能存在一个内在的生物学机制保护它们的细胞不易癌变。
根据上周发表的两篇独立的论文显示,至少发现了一个原因也许能解释Peto悖论。大象基因组中有20个p53基因拷贝(或更准确地应称为TP53),然而人类或其他哺乳动物只有一个拷贝。这个基因是肿瘤抑制因子,当细胞DNA受到损伤时,它会大量合成p53基因相关蛋白,要么修复损伤,要么杀死细胞。
大象传说
人们花了数年时间来解释TP53基因的作用。Joshua Schiffman,盐湖城犹他大学的儿科肿瘤学家,在三年前的一次进化学会上第一次听说了Peto悖论,当时坦佩市亚利桑那州立大学的进化生物学家Carlo Maley提出,他在非洲大象基因组中发现了多拷贝的TP53基因。
Schiffman擅长治疗儿童缺失TP53两个等位基因中的一个,而缺失一个等位基因会导致这些孩子更易罹患癌症。在听完Maley的报告之后,他想知道大象蕴藏的这种生物学线索能否帮助他的患者。他和Maley合作(此时,Maley的研究结果尚未发表),询问盐湖城动物园的大象饲养员能否赠予一些大象血液,以便于他可以研究大象的p53基因和哺乳动物白细胞互作的过程。
几乎在同时,2012年年中,芝加哥大学进化遗传学家Vincent Lynch准备发表一篇关于Peto悖论的论文,思考如何解释这一机制。Lynch说:“正好在我发表文章之前,我在大象基因组中找到了p53基因,还有20个拷贝。”
Schiffman和Lynch 团队都独立展示了他们的发现,Schiffman的论文发表在《美国医学会期刊》上,而Lynch的论文发表在生物预印网站bioRxiv.org上,不过这在eLife杂志上是一篇综述文章。
Schiffman团队分析36种哺乳动物的尸检数据(包括条纹草鼠和大象等),得出动物体型和癌症患病率没有正相关性。(团队分析了数百只圈养的死亡大象,其中只有3%的大象患有癌症)。
研究人员发现大象体内额外的P53基因也可以合成蛋白,大象血细胞似乎对电离辐射造成的DNA损伤更为敏感。动物细胞利用一个可控的 “自杀”行为,称为细胞凋亡的机制对DNA损伤做出反应,发生凋亡的几率远高于人类细胞。Schiffman认为,大象细胞已经进化,可将新生的肿瘤细胞扼杀在萌芽状态,而不是进行DNA修复。他说:“这是对Peto悖论的绝佳解释。”
猛犸象传说
Lynch的团队在研究加州圣地亚哥动物园非洲和亚洲大象皮肤细胞时也发现类似的结果。他们在两种已经灭绝的猛犸象基因组中也同样发现了超过12个的TP53基因拷贝,但只有一个拷贝和大象的近亲海牛和蹄兔(小型带毛哺乳动物)有较高的同源性。Lynch认为其他以家系为单位的TP53基因拷贝使得大象有如此大的体型,但是也存在其他的生物学机制。
伦敦癌症研究学会癌症生物学家MelGreaves也认为,TP53基因不可能是Peto悖论的唯一解释。他指出:“大动物在体型变大的同时,行动也会变得越来越迟缓,因此减缓了它们的新陈代谢速度和细胞分裂速度。”而机体保护机制为阻止癌症的发生,能做的也仅此而已。他补充道。“如果大象抽烟,饮食习惯不良,那会怎么样,TP53还会保护大象免于癌症吗?我对此表示怀疑。”
翻译:徐颖 代理审稿:谢梦莹 审稿:董子晨曦
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