細胞遺傳學於癌症上的應用-1

 

生物科技雖日新月異,但傳統科學技術仍有其保存意義與價值,本篇主要以細胞遺傳學的角度切入,淺談概述其發展與相關醫學的應用。面對高齡化的社會,不只是人口高齡,越來越多人晚婚,進而導致產婦高齡結構也漸趨增加,面對高齡生育會衍生許多問題,最常見也最廣為人知即為唐氏症(Down’s syndrome),這也是1959年法國遺傳學家Jérôme LeJeune首次發現該疾病肇因,即為人類第21號染色體發生異狀(比正常人多出1條)所導致,因而得到美國總統甘迺迪頒獎殊榮(見上圖)。

 

翌年,也開啟細胞遺傳學的科技發展,其中以Peter Nowell David Hungerford兩位學者在慢性骨髓性白血病患者中(Chronic myeloid leukemiaCML),所發現的費城染色體(Philadelphia chromosome)最具代表性的例子。隨著研究樣品/檢體的多樣選擇(見下表),細胞培養技術的改良,如:處理秋水仙素將細胞週期固定於有絲分裂中期、浸置低張溶液使染色體分散良好等,以及染色體的染色技巧的躍進如:傳統的Giemsa-banding染色法、分子等級的螢光原位雜交(Fluorescence in situ hybridizationFISH)等,這些都能讓我們能夠解析染色體或基因的數量變化,如:增加 (Chr. gain / gene amplification) 或減少 (loss),知道染色體結構排列的情形,如:缺失deletion、重複(duplication)、易位(translocation)等

 

 細胞遺傳學於癌症上的應用-2

藉由觀察細胞染色體的螢光原位雜交技術,透過探針(Probe)種類挑選與設計改良,例如:一、染色體的中節區域染色(圖A:用以計數染色體的數目),二、特定基因區域染色(圖B:用以評估特定基因的缺失),三、不同基因區域各別鑲嵌標記(Dual Fusion)(圖C:用以觀察基因易位情形),四、單基因前後端分開鑲嵌標記(Break Apart)(圖D:用以觀察基因排列情形)等方式,不僅讓傳統染色的解析度提升,於醫學上,更可協助探討與疾病可能的相關成因。

 

細胞遺傳學於癌症上的應用-3

 

截至目前,許多癌症也相繼找出與特定致癌基因異常過度表現有關,造成神經母細胞惡性腫瘤(NeuroblastomaNB)的MYCN 基因、急性淋巴性白血病(Acute lymphoblastic leukemiaALL)的RUNX1 基因、乳癌的第二型人類表皮生長因子接受體HER2Human Epidermal Growth Factor Receptor 2)基因等,其中對於HER2 基因大量表現所導致的乳癌,羅氏藥廠已有商品化的針劑標靶藥物「賀癌平(Herceptin)」提供早期等治療(如下圖所示)。隨著螢光原位雜交技術趨於成熟,市面上許多生技公司,如:美國亞培分子生技(Abbott Molecular)或英國細胞生技(Cytocell)等公司,在美國疾病管制局Food and Drug AdministrationFDA的監督規範下,也核准販售相關特定疾病的探針,用來做為臨床醫學檢驗,甚至也可量身訂做專屬區域的探針。目前,雖然有一些新技術的開發與實行例如:微矩陣雜交比對法array-based comparative genomic hybridizationaCGH 與次代定序 next-generation sequencingNGS,但舊有的成熟技術(本篇所介紹傳統G-banding 染色與FISH螢光原位雜交),於醫學診斷及預防上,仍有一定程度的重要與不可取代性。

 

細胞遺傳學於癌症上的應用-4

 

 

參考資料與圖片來源:

 

1.George M. Yousef and Serge Jothy, editor. Molecular Testing in Cancer. Springer2014.

2.羅氏藥廠官網http://www.roche.com.tw/home/products/products01/herceptin.html

 

 

 

 

 

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