图注：癌细胞 [来源：koto_feja / E+ / Getty Images]
发表于《自然》（Nature）、题为《利用PerturbFate定位黑色素瘤耐药的趋同调控因子》的最新研究中，洛克菲勒大学的研究人员开发了名为PerturbFate的技术平台，可系统定位多种疾病相关遗传变异对细胞状态的重塑效应。通过长期追踪单细胞层面的基因调控动态，研究团队鉴定了不同变异共有的调控节点。以黑色素瘤耐药性为概念验证模型的研究结果显示，这些共有调控位点为开发可覆盖多种遗传病因的联合治疗方案提供了新方向。
洛克菲勒大学单细胞基因组学与群体动力学实验室负责人曹俊越（Junyue Cao）博士提出：“当明确一种疾病与上百个基因相关时，要如何设计通用的靶向治疗方案？我们推测，这些功能各异的基因可能都通过部分共有的下游信号通路发挥作用，我们可以挖掘并靶向这类共有通路。”
基因组测序与遗传筛查技术的发展已使研究者能够鉴定出数百种与疾病相关的基因突变，但这些基因通常分属功能差异显著的通路，涵盖基因调控、细胞信号传导等多种类型，难以实现对全部突变的集体靶向。
曹俊越团队提出，若这些突变的效应最终汇聚到共有的下游调控程序上，那么研究的核心挑战就不是单独靶向每个突变，而是鉴定被称为调控节点的共有控制位点。
PerturbFate平台可通过追踪染色质可及性、RNA生成与加工过程，实时观测不同遗传变异对细胞状态的重塑效应。通过在同一单细胞中捕获上述多维度动态变化，该系统可解析控制细胞行为的基因调控网络，明确不同遗传变异产生相同表型效应的分子机制。
曹俊越表示：“这项技术可同时对成百上千个基因进行扰动，随后检测每个单细胞内的精细分子变化，从而将多种不同的遗传扰动与其下游效应关联，最终鉴定出核心调控节点。”
为验证平台性能，研究团队以黑色素瘤耐药性为研究对象：利用PerturbFate筛选了143个与黑色素瘤常用治疗药物维莫非尼（Vemurafenib）耐药相关的基因，随后追踪失活每个基因对细胞状态的重塑效应。曹俊越解释，该平台可同时捕获基因表达、RNA动态与染色质状态三类信息，这些都是鉴定驱动疾病状态的上游调控因子的核心指标。
在分析超过30万个细胞后，研究者发现不同的遗传扰动均可将黑色素瘤细胞推向同一种耐药状态。靶向这些共有调控节点后，细胞耐药性显著下降，为联合治疗策略开发提供了极具潜力的新方向。
该平台还揭示了与转录共激活因子中介体复合物（Mediator Complex）相关的重要调控特征：破坏该复合物的不同亚基均可通过不同通路触发耐药，但效应最终都会汇聚到黑色素瘤细胞内的同一个生存信号——血管内皮生长因子C（VEGFC）上。阻断该信号后，耐药细胞即丧失增殖能力。
研究团队已将PerturbFate相关的实验工具与分析算法全部开源，并计划将该方法从体外培养细胞体系拓展至活体系统。目前曹俊越团队正在将PerturbFate应用于衰老、阿尔茨海默病等疾病的研究，挖掘其中的共有易感靶点，为开发更有效的治疗方案提供指导。
曹俊越表示：“这仅仅是开始，我们已经在简单模型中验证了该方法的可行性，目前正在尝试将其拓展到活体系统，用于研究更为复杂的疾病。”
专业注释
- PerturbFate：同时追踪单细胞遗传扰动与分子表型的高通量技术平台
- 染色质可及性：反映染色质区域与转录调控因子结合的开放程度
- 中介体复合物：参与真核生物转录起始调控的保守多亚基蛋白复合物