Wholegenomedoublingconfersuniquegeneticvulnerabilitiesontumorcells
Nature.1.27
文章来源：
RyanJ.Quinton波士顿大学医学院
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研究背景
绝大多数人类细胞都是二倍体。存在许多细胞周期控制机制以确保了这种状态在连续的细胞分裂中得以维持。
尽管存在这些机制，但仍可能发生错误，导致整个基因组加倍（WGD），从而使一个天然二倍体细胞转变为基因不稳定的四倍体细胞。
经历了WGD的细胞（即WGD+细胞）具有致癌潜能。
鉴于WGD的致癌潜能，肿瘤抑制机制的存在限制了这些不稳定细胞的增殖。例如，WGD+细胞激活p53和Hippo肿瘤抑制通路，并且容易凋亡、衰老和被免疫清除。WGD还会引起细胞生理学的许多异常，损害健康。
为了促进肿瘤发展，WGD+细胞必须适应克服这些障碍。然而，这些适应的本质，以及它们是否具有治疗潜力尚不清楚。
研究方法
数据来源：
从TCGA获取32个癌种的个原发肿瘤组织样本数据
从ProjectAchilles获取个癌症细胞系基因必要性信息
从CRISPR和RNAi数据集获取基因必要性信息
方法：
ABSOLUTE推断肿瘤纯度、倍性和WGD状态
GISTIC2.0分析CNV
活细胞成像+细胞命运分析
基因敲除
细胞活性检测
研究结果
结果-1WGD+肿瘤中富集的基因突变
大约36%的肿瘤在进化过程中至少经历过一次WGD事件。WGD在不同肿瘤亚型的发生率不同（图1a）。
在高突变负荷组中，WGD-肿瘤的倍性矫正的突变负荷更高。
在低突变负荷组中，WGD+肿瘤有较高的倍性矫正的突变负荷（图1b）。
WGD+肿瘤中显著富集TP53和PPPR21A基因突变（图1c）。PPPR21A的突变促进中心体聚集，这作为一个重要的适应过程，能够防止具有多余中心体的WGD+细胞发生多极细胞分裂和死亡。
WGD与肿瘤浸润白细胞呈负相关（图1d）。
WGD+肿瘤中大多数负富集的基因集都参与炎性过程，表明这些肿瘤的宿主免疫反应有所削弱（图1e）。
结果-2WGD赋予肿瘤独特的遗传脆弱性
使用Achilles项目评分确定了WGD+细胞系相对于WGD-细胞系中的必要基因（倍性特异性致死（PSL）基因）（图2a,b）。
一些PSL基因在TCGA的WGD+样本中高度过表达，表明其在WGD+肿瘤进展中的重要性（图2b,c）。
两个最显著的PSL基因（BUB1B和MAD2L1）编码对纺锤体组装检查点（SAC）功能至关重要的蛋白，其功能是延迟细胞分裂后期，直到所有染色体都附着在有丝分裂纺锤体上，从而促进了有丝分裂过程中基因组组分的准确分配。
微核的存在和染色体的错误分离损害了细胞的适应性；四倍体细胞比二倍体细胞对SAC抑制更敏感（图2d）。
RRM1和RAD51（可减轻与复制应激相关的DNA损伤）水平的降低会优先削弱四倍体细胞的生存能力（图2e）。
四倍体细胞系对核糖核苷酸还原酶(RRM1)抑制剂更敏感（图2f,g,i）。这些结果表明WGD+肿瘤细胞比WGD-肿瘤细胞更依赖特定的DNA复制因子。
研究者鉴定了几个编码蛋白酶体调控因子的PSL基因，提示WGD易受蛋白质稳定性的影响。WGD+细胞对蛋白酶体抑制剂MG的敏感性高于WGD-细胞（图2h,i）。
结果-3WGD对KIF18A的依赖
编码有丝分裂驱动蛋白的基因KIF18A是重要的PSL基因（图2b），且在WGD+肿瘤中过表达（图2c）
KIF18A的缺失会损害四倍体细胞的活力，但不会损害二倍体细胞（图3a）。
KIF18A的缺失导致四倍体细胞有丝分裂显著延长，而对二倍体细胞有丝分裂时间没有影响（图3b）。
缺乏KIF18A的二倍体细胞在分裂后期表现出染色体排列的细微缺陷，但染色体分离进行得相对正常，微核形成没有明显增加（图3b，g）。相比之下，缺失KIF18A的四倍体细胞更多的表现出染色体错配、后期染色体滞后和微核形成（图3b，g）。
四倍体细胞比二倍体细胞的纺锤体更长。KIF18A的缺失导致纺锤体长度的额外增加，并且这种效应在四倍体细胞中比二倍体细胞中更显著（图3c）。
在KIF18A缺失后，四倍体细胞相对于二倍体细胞的染色体振荡幅度要大得多（图3d，e，f）。
长期活细胞成像分析表明，大多数KIF18A缺失的二倍体细胞经历了正常的细胞周期，而KIF18A缺失的四倍体细胞在异常的有丝分裂之后容易发生间期细胞周期阻滞，并伴随p53通路的激活（图3h）。
结果-4乳腺癌细胞系中的验证
KIF18A蛋白水平在WGD+乳腺癌细胞系中显著升高（图4a）
KIF18A基因敲除后，相比于WGD-乳腺癌细胞，WGD+乳腺癌细胞系的存活率明显下降（图4b）。
活细胞成像表明，KIF18A基因敲除后，WGD+乳腺癌细胞相对于WGD-细胞表现出纺锤体长度增加和染色体超振荡（图4d,e），从而促进了染色体分离、纺锤体组装检查点激活和有丝分裂延长（图4c）。
很大一部分WGD+细胞始终无法满足纺锤体组装检查点，并且在最终经历有丝分裂细胞死亡之前表现出明显延长的有丝分裂停止（图4c）。
缺失KIF18A的WGD+细胞在分裂后期滞后染色体和微核均表现出显著增加（图4c）。
与成熟的p53同源四倍体细胞相比，缺失KIF18A的WGD+乳腺癌细胞系在异常有丝分裂后不易发生细胞周期停滞（图4f）。
这些细胞中的一部分在经历有丝分裂后在间期死亡，并导致微核形成。而大多数细胞在缺失KIF18A的情况下启动第二轮有丝分裂，此期间它们同样，甚至更容易在有丝分裂期间发生细胞死亡（图4g）。
研究结论
WGD+癌细胞具有许多不同于WGD-癌细胞的特征，包括基因突变、表达、肿瘤浸润白细胞比例等。
WGD+细胞比WGD-细胞更依赖于来自纺锤体装配检查点、DNA复制因子和蛋白酶体功能的信号。
编码有丝分裂驱动蛋白的KIF18A，是活性WGD+细胞必需的。KIF18A的缺失会损害WGD+肿瘤细胞的有丝分裂保真度和细胞活性。
KIF18A是一个有吸引力的治疗靶点，抑制其功能可能有助于特异性靶向WGD+肿瘤，同时使正常二倍体细胞免遭伤害。
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