绘制癌症网络图

建立伦敦地下式的信号通路图正在查明癌症的弱点。

癌症与伦敦地铁之间的相似性可能不会立即浮现在脑海,但是它们之间的相似性正在推动着令人兴奋的新研究领域的发展,该领域可能会开辟新的治疗方法。

在我们的细胞内,成千上万的蛋白质通过动态的和复杂的信号传导途径连接在一起,发出改变,生长,移动,应对压力,存活或死亡的指令。

科学家们对这些信号传导途径中的许多单个蛋白质了解很多,但对它们如何复杂地在网络内部交织的网络了解甚少,这些网络看起来很像伦敦地下地图。

如今,信号网络的混乱被认为是导致癌症的主要原因,伦敦癌症研究所的研究人员正忙于试图理解这些信号的工作原理以及接线方式如何出问题。

Chris Bakal博士领导动态细胞系统团队,该团队正在绘制细胞信号网络的架构和动态图。 “了解途径的工作方式可能会发现我们可以用药物靶向的癌症盔甲的薄弱环节。 或者我们可以看到耐药性是如何发生的,”巴卡勒博士说。

“信令网络的组织方式与许多其他类型的网络一样,例如伦敦地铁线路,如果发生封锁,可以采取许多不同的路线。

“例如,如果您通常使用从国王十字(Kings Cross)到南肯辛顿(South Kensington)的皮卡迪利(Piccadilly)线乘坐地下地铁,但海德公园站(Hyde Park Station)一天关闭,您也可以乘坐环线。

类似地,许多癌症最初是由网络单个部分的生化活性引起的。 尽管一种药物可能会引起药物的封锁,并可能暂时治疗癌症,但癌细胞会通过激活绕过药物诱导的封锁的其他生化途径来产生对药物的耐药性。

“因此,为了有效治疗癌症,我们需要生成细胞网络图,并确定可以同时关闭多个细胞系和途径的药物组合。 没有这些地图,您将不知道哪种组合会起作用。”

Bakal博士在ICR的团队(由英国癌症研究,惠康基金会以及生物技术和生物科学研究委员会资助)正在利用功能基因组学,蛋白质组学和计算技术的组合来确定每种成分在通路中的作用。

“我们可以使用RNA干扰来阻断特定基因的作用,这种干扰使用的小序列RNA可以与样品中的匹配基因结合,” Bakal博士解释说。 “因此,从本质上讲,我们可以一次关闭一个基因,并观察其对细胞的作用。​​”

在机器人技术,先进的显微镜技术和计算算法的帮助下,该团队可以像人脸识别软件一样自动处理图像,可以在一个癌细胞中一次抑制所有 25,000个基因,并确定每个基因的作用。 使用了数学方法,将这些数据集转换为信号网络。

Bakal博士团队感兴趣的一项研究是绘制信号传导网络图,以控制肿瘤细胞在转移过程中产生的形状变化-细胞具有从最初的肿瘤部位转移到身体不同部位的能力。

Bakal博士说:“我对我们的细胞如何呈现这么多种形状完全着迷。” “您的所有细胞如何具有相同的遗传物质,但是一个细胞可以变成长几英尺的细分支神经元,而其他细胞则变成扁平的大皮肤细胞?”

了解细胞的形状对于深入了解转移非常重要,因为转移细胞必须以彻底的方式改变其形状以扩散到全身。 例如,在循环系统和软组织中,转移细胞呈非常圆形的形状。 但是,当穿过骨骼和其他硬组织时,它们必须采用细长的形状。

没有这种形状的能力,癌细胞将无法转移。 “就像我们穿越冰和水一样-我们需要不同的设备来做到这一点,”巴卡勒博士解释说。 “通过了解这些形状变化如何起作用,我们可能找到一种通过药物或其他疗法控制转移性癌症的方法。 通过描述控制形状的蜂窝网络,我们可以开始了解细胞形状如何与环境信号联系起来。”

Bakal博士希望他的研究可以帮助理解癌症网络的运作方式,以便医生可以找到阻断多种潜在耐药途径的方法。 再次使用伦敦地铁的比喻,它涉及到关闭所有将起点和目的地连接起来的可用火车线路。 任何在银行假日周末尝试过伦敦旅行的人都会确切知道他的意思。

最初于 2013 年5月6日 发布在 www.icr.ac.uk。