p53為腫瘤抑制蛋白（也稱為p53蛋白或p53腫瘤蛋白），屬于最早發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因（或抑癌基因）之一。p53蛋白能調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和避免細(xì)胞癌變發(fā)生。因此，p53蛋白被稱為基因組守護(hù)者?？偠灾?，其角色為保持基因組的穩(wěn)定性，避免突變發(fā)生。在遏制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、DNA修復(fù)、以及細(xì)胞程序化死亡等方面扮演著十分重要的角色。通常50%以上的癌癥病人中p53基因發(fā)生了突變。

    最近，美國(guó)科羅拉多大學(xué)（UC）癌癥中心和科羅拉多大學(xué)博爾德分校的科學(xué)家們，使用一種新技術(shù)，通過(guò)確定p53調(diào)控其他什么基因，梳理出p53基因如何能抑制腫瘤。相關(guān)研究結(jié)果于2014年5月27日發(fā)表在國(guó)際生命科學(xué)領(lǐng)域的頂尖雜志《eLife》，描述了由p53直接調(diào)控的幾十個(gè)新基因。

    該論文的作者稱，進(jìn)一步的研究可以探究：這些基因中有哪一些是p53抑癌作用所必需的基因？癌癥細(xì)胞如何規(guī)避p53激活的這些基因？醫(yī)生如何能減緩癌細(xì)胞免于遺傳學(xué)抑制而保持安全的能力。

    從1979年發(fā)現(xiàn)至今，p53基因已經(jīng)被詳盡的研究過(guò)，在30多年的研究中，以p53基因?yàn)橹黝}發(fā)表的論文有50,000多篇。p53自發(fā)現(xiàn)已來(lái)就與癌癥結(jié)下了不解之緣，這個(gè)人類腫瘤中突變最頻繁的單個(gè)基因能通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞老化來(lái)防止細(xì)胞癌變，通常情況下發(fā)生突變或有危險(xiǎn)的細(xì)胞會(huì)收到信號(hào)讓其停止生長(zhǎng)或死亡，但缺乏p53的細(xì)胞會(huì)無(wú)視這些信號(hào)。

    因此，所有癌癥都要應(yīng)對(duì)p53的抗腫瘤作用。一般來(lái)說(shuō)，癌細(xì)胞有兩種方式應(yīng)對(duì)其抗腫瘤作用：通過(guò)直接使p53基因產(chǎn)生突變，或通過(guò)產(chǎn)生一種稱為MDM2的蛋白質(zhì)，這種蛋白能阻止p53發(fā)揮功能。

    在這項(xiàng)研究中，研究人員探討的是第二種策略：癌細(xì)胞通過(guò)產(chǎn)生MDM2蛋白質(zhì)來(lái)阻斷p53的功能。研究人員推斷，用一種MDM2抑制劑治療患者，應(yīng)該能夠使p53重新開(kāi)始其抗癌活性。

    CU癌癥中心研究人員、CU博爾德分校分子、細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)副教授Joaquín Espinosa指出：“MDM2抑制劑，已經(jīng)通過(guò)第一階段的人體試驗(yàn)，可有效地激活p53，但只能殺死約20分之一的腫瘤。問(wèn)題是為什么？在這些癌癥細(xì)胞中發(fā)生了什么，從而使它們能夠逃避p53的作用？”

    Espinosa稱，答案在于該基因的“下游”影響。P53基因單獨(dú)不會(huì)對(duì)癌癥起作用。相反，它是一個(gè)主開(kāi)關(guān)，會(huì)發(fā)動(dòng)許多導(dǎo)致癌細(xì)胞摧毀的遺傳學(xué)事件。直到現(xiàn)在，我們都還不清楚到底是哪些基因直接由p53激活。

    關(guān)于p53作用的知識(shí)不夠完整，并不是因?yàn)槿狈ρ芯颗d趣。研究人員已經(jīng)發(fā)表了成千上萬(wàn)的論文，探究p53的靶標(biāo)，事實(shí)上，許多遺傳靶標(biāo)在以前是已知的。大多數(shù)這些研究，是通過(guò)測(cè)量RNA的水平，來(lái)確定遺傳學(xué)靶標(biāo)。

    當(dāng)一個(gè)基因被激活時(shí)，它會(huì)制造一種蛋白質(zhì)。但是在基因及其蛋白質(zhì)產(chǎn)物之間，是RNA可測(cè)量的一步——基因特異性RNA越多，被運(yùn)送至細(xì)胞制造中心的基因信息藍(lán)圖就越多，最終產(chǎn)生更多的蛋白質(zhì)。研究人員往往通過(guò)測(cè)量RNA，來(lái)探究哪些基因正在被其他基因打開(kāi)或關(guān)閉。

    Espinosa稱：“但問(wèn)題是，測(cè)量總的RNA水平，就好比看一個(gè)裝滿水的巨大水桶——你看得到水，但是你真正并不知道它來(lái)自哪里。想象一下，你正在把水滴入這個(gè)水桶——這需要很長(zhǎng)一段時(shí)間才能在總水位水平上產(chǎn)生一個(gè)可測(cè)量的變化。”

    同時(shí)，很難用傳統(tǒng)的方法來(lái)判斷：增加的RNA是否是一個(gè)基因的直接效應(yīng)，或者桶里更多的RNA是否是兩或三步去除信號(hào)的產(chǎn)物。P53 基因可能會(huì)激活另外一個(gè)基因，該基因又激活另一個(gè)，如此直至很遠(yuǎn)的下游結(jié)果是RNA增加。

    Espinosa稱：“相反，為了測(cè)量p53的直接遺傳靶標(biāo)，我們測(cè)量的不是桶里的水，而是往桶里滴水的水龍頭。”

    他們使用的技術(shù)被稱為GRO-Seq（或總的運(yùn)行測(cè)序），它檢測(cè)的是正在產(chǎn)生的新RNA，而不是總RNA水平。Espinosa介紹說(shuō)：“世界各地的許多研究小組，已經(jīng)獲得了癌細(xì)胞，用MDM2抑制劑處理它們，然后要等待很久，以探究哪個(gè)基因被打開(kāi)，而且并不嚴(yán)密。GRO-Seq可讓我們?cè)趲追昼娭畠?nèi)做到這一切，而得到大量結(jié)果。”

    這一技術(shù)也產(chǎn)生了驚人數(shù)量的數(shù)據(jù)。這是因?yàn)?，在p53激活之前和之后，需要計(jì)算成千上萬(wàn)個(gè)RNA分子。所以，實(shí)驗(yàn)需要設(shè)計(jì)運(yùn)算法則——用于解決問(wèn)題的指令集，來(lái)分類數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)生物學(xué)家通過(guò)操縱超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)達(dá)到這些目的。

    Espinosa與CU博爾德分校BioFrontiers研究所的計(jì)算生物學(xué)家Robin Dowell合作。他們共同指導(dǎo)博士后研究人員Mary Allen，她既能做分子生物學(xué)方面的工作，也能做計(jì)算機(jī)方面的工作。Dowell稱：“數(shù)據(jù)收集花了一年的時(shí)間，計(jì)算機(jī)分析花了一年半的時(shí)間。”這些結(jié)果幫助科學(xué)家們確定了p53直接調(diào)控的幾十個(gè)新基因，這可能會(huì)帶來(lái)未來(lái)的抗癌策略。

    GRO-Seq技術(shù)也有其他深遠(yuǎn)的應(yīng)用。例如，Dowell實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃尋找一種RNA，這種RNA的合成，因唐氏綜合征患者21號(hào)染色體的三分之一拷貝而發(fā)生改變。