臺大解析基因體三維立體結構對癌細胞轉型之影響力
上皮與間質基因結構與細胞型態轉換示意圖。圖：臺灣大學提供
癌細胞的轉移是現今癌癥治療最具挑戰性的課題，若能夠提早預測腫瘤是否有轉移的可能性，就能更精準且及時針對患者進行治療與防範。國立臺灣大學醫學系黃韻如教授團隊歷時5年研究，從基因體結構出發，利用「高維度捕獲染色質構象技術」 (Hi-C)，發現基因體在癌細胞潛移過程中的多元機制，藉由觀察其變化，開拓另一個預測癌癥轉移的新思維。這項研究突破過去研究試圖以特定基因的表現來預測癌細胞的轉移，但傳統以單一判斷方式卻常遇到見樹不見林的困境，或是無法靈活應對腫瘤常有的個體差異性問題。此一嶄新的研究結果可望提升癌癥及時的診斷與治療效率，已發表於國際知名期刊《基因體生物學》(Genome Biology)。
當癌細胞準備轉移時，會產生上皮-間質細胞轉型 (epithelial-mesenchymal transition, EMT)，由排列緊密、不易移動的上皮型癌細胞轉化成間質型癌細胞，細胞的排列會轉為鬆散且利於細胞爬行。過程中，「純上皮」細胞會先降低上皮型基因 (epithelial gene) 表現，形成稍不緊密「類上皮」細胞；再進一步便促進間質基因 (mesenchymal gene) 表現，細胞轉而形成爬行能力較強的「類間質」細胞，藉此逐步提升細胞侵襲周邊組織的能力，達到癌癥轉移的目的。過去研究認為，抑制並促進特定基因的表現是在某時間點同時發生，細胞便從上皮型直接轉化成間質型，但黃韻如教授研究團隊透過了解染色質的結構差異，發現上皮與間質基因的表現程度，是利用截然不同的調控規則及機轉來改變染色體所達成的。
此研究成果的一大突破，是透過 Hi-C 捕獲技術，從解析基因體的三維立體結構展現 DNA 的摺疊藝術。較沒有轉移能力的「純上皮」癌細胞要擺脫原先的上皮特徵、關閉上皮基因表現時，會針對基因的局部區塊拉起封鎖線，關起上皮分化的那道門，但不改變基因體大環境的結構；若要再進一步開啟間質基因表現，則是先將基因整體的結構舒展，讓偌大的 DNA 更容易遇見彼此，打開環境內互動的窗，最終成為具有高侵襲及轉移能力的「純間質」癌細胞。揭露出癌細胞為了轉型，在上皮基因精雕細琢，而在間質基因大刀闊斧的奧秘。
黃韻如教授研究團隊利用特殊技術，首次開發出單細胞 Hi-C的方法，並藉此觀察癌細胞的異質性，單就分析第二號或第十號染色體的立體結構變化，就足以初步預測是否具有易轉移特性的癌細胞，判斷腫瘤是否容易產生遠端轉移。
此重大發現不僅成功開創一條新途徑來破譯 EMT 調控背後的複雜性，更提供未來從基因結構預測腫瘤發展的新方向，進而提升癌癥及時的診斷與治療效率。
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臺灣大學基因體三維立體結構癌細胞轉型基因體生物學