MARINa：寻找癌细胞的主调节因子

　　2016年07月05日讯 Califano认为癌症是一种特殊稳态形式的疾病，就像肝细胞能在不断变化的环境中维持肝脏的功能一样，不管周围环境如何，调控肿瘤循环，也能帮助癌细胞维持其癌变身份。

　　此前一些突变致癌基因功能的研究获得了治疗上的重要进展，但是，一些研究人员开始担心目前摘取的都是低处的果实，找到的是可以作为癌症药物靶标的个体突变基因，要想进一步寻找相关的新靶标也许会很难。

　　为了解决这一问题，研究人员开始利用一些新的运算方法和系统生物学方法分析大量数据，了解是什么令癌细胞发生了改变。同时不再单纯找寻改变特异性蛋白的突变，而是转为思考多种基因表达的变化，如何会促进或者引发癌症的发生。

　　根据这一理论，扰乱癌症状态的关键在于找出主调节因子，也就是这个转录循环中调控许多下游基因表达的蛋白。

　　2015年7月， Califano和来自西奈山Icahn医学院的病理学系副教授Jose Silva发现了一个HER2 阳性的主调节因子，HER2 阳性乳腺癌患者可能是激素受体 （HR）阳性或阴性，这取决于他们是否具有雌激素受体。HR 阴性乳腺癌比阳性乳腺癌患者，五年内死亡率更高。

　　研究人员利用 RNA 干扰 （RNAi）技术系统敲除了癌变和非癌变人体乳腺培养细胞，从中识别了355个明显降低癌细胞 HER2 阳性，HR 阴性的基因。

　　为了缩短这个基因列表，研究人员采用了一种系统生物学方法，Califano之前曾开发出了一种配合Reconstruction of Accurate Cellular Networks （ARACNe）的运算方法。ARACNe是一种基于基因表达数据识别细胞中调控和信号网络的程序。研究人员利用ARACNe对NIH的TCGA数据库中359个乳腺癌样品表达数据进行了分析。

　　之后他们将这些信息与他们所知的癌细胞生存所必需基因结合在一起，利用Califano的另外一个程序：Master Regulator Inference Algorithm （MARINa），确定了这些必需基因是否是调控或者信号网络中的主调节因子。

　　最终，他们发现另一个编码转录因子和在癌细胞稳态维持过程中其关键作用的单基因：STAT3。这个基因是细胞外部信号影响细胞核基因表达途径--JAK-STAT 通路中的一部分。JAK-STAT 通路是一个正反馈循环。“当HER2被开启，这个恶性循环就被打开了，”Califano说，“即使你关闭HER2，这个循环也不会停止。”

　　这个重要发现是Califano将许多种技术（RNAi, ARACNe, 和MARINa ）组合在一起取得的，此后也有一些类似的成果，如哥伦比亚大学的研究人员表达间质细胞表型的成胶质细胞瘤往往具有高度的侵袭性，通常预后不良，而转录因子Stat3和C/EBP-β是调控这类细胞表型的主要转录因子。两种转录因子可相互配合促进肿瘤生成和扩散转移。这种识别调控肿瘤恶性主要调控因子的系统生物学方法可能帮助癌症临床检测，并且为癌症治疗策略提供新的思路。

　　Califano说，“我们基本确定了异常肿瘤状态并不多，而这些在多种类型肿瘤（意想不到的交叉类型）中都非常常见。我们不是靶向起始突变，而是维持这种肿瘤状态的蛋白。”