为什么癌细胞不会发生遗传性崩溃

癌症首先发展为单个细胞流氓，其突变会不断促使生物体健康成长。但是，如果癌细胞比可以清除的更快地积累有害突变，那么人群最终是否会死亡?癌细胞如何避免完全的遗传崩溃?为了解决问题的核心，来自北京和台北的一组科学家希望通过探测最着名的培养癌细胞HeLa细胞，从突变的角度获得癌症脆弱性的新暗示。

1951年，它们与宫颈癌受害者Henrietta Lacks分离，成为第一个永生化细胞系，帮助开发脊髓灰质炎疫苗，并已成为任何体外药物开发或癌症研究的生物技术基础资源。他们仍然提供了充分的机会来进一步了解癌症。

“在这项研究中，HeLa细胞不是用于揭示肿瘤发生的过程，而是主要用于解决潜在进化力的模型，这些模型需要足够强大以在实验室环境中进行测量。我们检测了个体HeLa细胞之间生长速率的变化。监测来自共同祖先HeLa细胞群的克隆，“相应的作者陆雪梅说。

他们首先建立了源自祖先细胞系的HeLa细胞系(E6)。当E6的群体大小达到约5×10 4个细胞(15~16个分裂)时，在培养物中产生并建立5个单细胞克隆。他们对这些克隆进行DNA测序，对突变进行分类。他们关注的是拷贝数变异(CNV)而不是单个DNA变化，因为单核苷酸突变率太慢而不能在短期培养实验中产生显着的序列变异。

“然后我们通过计算机模拟细胞生长来估计有害突变率和每个突变的平均适合度降低，”作者Hurng-Yi Wang说。总体而言，他们发现主要突变影响基因的拷贝数，每个细胞分裂平均有0.29个有害事件。这些事件中的每一项都会使健身减少18%他们的结果表明，细胞生长的异质性可以在非常短的时间内在癌细胞中产生，并且是可遗传的和遗传决定的。

“我们的估计表明HeLa细胞在每一代的适应性方面都降低了5%(0.29×0.18?5%)。我们的观察结果表明，培养了足够长时间的人类细胞仍然会产生有害的突变形式。 CNV高速且高强度。对于这样的系统，突然崩溃可能是合理的。“

例如，当他们从B8(快速生长的克隆)和40个来自E3(慢生长克隆)的细胞中分离出39个细胞，并监测它们从单个细胞中生长7天时，大约23%的B8和50%的E3由于细胞分离过程中造成的损伤或遗传缺陷，细胞在七天内死亡。

大多数生长率<0.6的细胞系在2个月内死亡。总共只有60%的B8和27%的E3细胞存活了两个多月。

接下来，他们从B8的每个单细胞来源的克隆中挑选出约20个细胞并计数它们的染色体数目。

染色体的数量远远超过46的正常人数。它们的染色体数在38到113之间，大多数(72%)细胞的染色体数在55到70之间，表明它们是三倍体。因此，尽管单细胞起源，后代仅在20-30个细胞分裂中迅速产生非整倍性，再次说明癌细胞中频繁的细胞遗传学变化。

尽管突变水平发生，生长速度降低，染色体数量不再代表正常人，癌细胞仍然能找到生存之道。

那么HeLa细胞如何持续存在?

“高有害突变率会让人觉得HeLa细胞系早就灭绝了，”陆说。

他们的模拟结果表明，尽管大多数细胞积累了有害突变并且比祖先细胞更差，但仍有13.1%的细胞无突变。

“这些无突变的细胞可以避免种群灭绝。”

它也解释了为什么即使化疗治疗成功地杀死了90%的癌细胞，也可能还不够。

这项新研究不仅促进了对HeLa细胞和一般肿瘤进化的理解，而且提高了对一般文化中多细胞生物细胞的理解。在未来的工作中，科学家们希望利用他们的癌细胞适应度和生长速率发现来了解癌细胞如何变得更容易受到检查点抑制剂药物最近的突破。