隨著癌細胞的進化，它們的許多基因變得過度活躍，而另一些則被沉默。這些遺傳改變可以幫助腫瘤失去控制，變得更具侵略性，適應不斷變化的狀況，并終導致腫瘤轉移并擴散到身體的其他部位。

麻省理工學院和哈佛大學的研究人員發現了指導這種進化發生的一系列“染色質”的結構變化，。在對小鼠肺部腫瘤的研究中，研究人員確定了11種染色質狀態（也稱為表觀基因組狀態），癌細胞可以隨著它們變得更具侵略性。

麻省理工學院的博士后，這項研究的主要作者林賽·拉法夫說：“這項工作提供了使用單細胞表觀基因組數據全面表征調節癌癥中腫瘤進化的基因的第一個例子。”

此外，研究人員表明，他們在更具侵略性的腫瘤細胞狀態中發現的關鍵分子也與人類肺癌的更晚期形式有關，并且可以用作預測患者預后的生物標記。

當細胞的基因組包含其所有遺傳物質時，表觀基因組在確定這些基因中的哪些將被表達中起著至關重要的作用。每個細胞的基因組都有表觀基因組修飾，這些修飾因細胞類型而異，影響基因的可閱讀性。

人們還認為表觀基因組變化會影響癌癥的進展。在這項研究中，麻省理工學院/哈佛大學的團隊著手分析隨著小鼠肺部腫瘤的發展而發生的表觀基因組變化。

研究人員使用Buenrostro先前開發的用于單細胞表觀基因組分析的新技術，分析了隨著腫瘤細胞從早期階段發展到更具侵略性的階段而發生的表觀基因組變化。他們還檢查了轉移到肺部以外的腫瘤細胞。

根據表觀基因組改變的位置和染色質的密度，該分析揭示了11種不同的染色質狀態，表明癌細胞可以遵循不同的進化途徑。

對于每種狀態，研究人員還確定了轉錄因子與染色體結合的位置的相應變化。當轉錄因子結合到基因的啟動子區域時，它們會啟動該基因向信使RNA的復制，從而控制基因的活躍表達。

隨著腫瘤細胞染色質結構的變化，轉錄因子趨向于靶向基因，這些基因將幫助細胞失去其初的身份，成為肺細胞，并且分化程度降低。終，許多細胞也獲得了離開原始位置并產生新腫瘤的能力。

此過程的大部分受稱為RUNX2的轉錄因子控制。在更具侵略性的癌細胞中，RUNX2促進細胞分泌的蛋白質的基因轉錄。這些蛋白質有助于重塑腫瘤周圍的環境，使癌細胞更容易逃脫。

研究人員還發現，這些侵襲性的，轉移前的腫瘤細胞與已經轉移的腫瘤細胞非常相似。“這表明，當這些細胞處于原發性腫瘤中時，它們實際上會改變其染色質狀態，使其看起來像是轉移性細胞，然后才遷移到其它環境中。”

研究人員還比較了他們在小鼠腫瘤細胞中發現的染色質狀態與在人類肺部腫瘤中發現的染色質狀態。他們發現，RUNX2在更具侵略性的人類腫瘤中也升高，表明它可以作為預測患者預后的生物標志物。

RUNX也可能是潛在的藥物靶標，盡管傳統上很難設計靶向轉錄因子的藥物，因為它們通常缺乏明確的結構，可以充當藥物對接位點。研究人員還在他們發現的更具侵略性的腫瘤細胞狀態的表觀基因組變化中尋找其他潛在的靶標。