识别肿瘤的起源细胞，是能够增加早期癌症诊断和开发预防性疗法的有效策略。起源细胞的基因特征确定细胞是否会变成恶性肿瘤方面具有重要作用，而且其他因素也有一定影响。例如，在皮肤黑色素瘤中的的特征与在指甲、脚底和手掌中出现的四肢黑色素瘤的特点完全不同。科学家发现在肢端部位发现的转录程序，如果它们发生特定的基因组改变，产生黑素细胞后最终形成肿瘤。这些数据表明细胞基因变异的位置特性——作者将其描述为特定部位的特殊转录程序——这也是为什么同一种黑色素细胞会导致不同黑色素瘤亚型的关键原因。
黑色素细胞可能是最令人迷惑的案例细胞，因为他们的肿瘤起始细胞明显相似，但是由于不同的人体部位产生了不同的肿瘤亚型。黑素细胞在它们存在的任何部位恶化成肿瘤，包括皮肤或四肢、眼睛的色素组织和呼吸道、胃肠道和泌尿生殖道的内表面（粘膜部位）。
然而，与这些黑色素瘤相关的基因变异方法并不相同。皮肤黑色素瘤有大量的单核苷酸点突变（例如BRAF等基因的改变），但黏膜和四肢的黑色素瘤产生主要由于基因组重排，例如扩增和缺失。大多数眼部黑色素细胞的突变数量很少，并且一般只发生特定的GNAQ等基因突变。发现不同肿瘤的基因特征情况可以得到肿瘤相关的生物标志物，这种过程有助于抗癌治疗的设计和早期癌症识别。特别是针对BRAF V600基因的特定突变的靶向突变已经导致了皮肤黑色素瘤的治疗的革命。
相比皮肤黑色素瘤，在过去的二十年里，其它黑色素瘤的预后并没有显着改善。尤其是肢端黑色素瘤，这种黑色素瘤在西班牙人、非洲或亚洲血统人中发病率高。导致肢端黑色素瘤的治疗方案和研究进展缓慢的原因是因为缺乏准确的模式动物模型。
科学家回答了这样一个问题，即不同解剖的黑色素细胞是否以及如何影响特定基因改变，最终使得黑色素细胞迅速癌变。具体做法就是，科学家在斑马鱼中构建了肢端样黑色素瘤的实验模型，并将其余斑马鱼皮肤黑色素瘤模型进行比较研究。他们的研究结果证明肢端和皮肤黑色素瘤中的肿瘤微环境差异导致启动了不同的转录程序，这最终赋予了产生不同癌变的原因（图1）。
图1 |不同黑色素瘤肿瘤亚型是产生过程。科学家通过斑马鱼（斑马鱼)对黑色素细胞会导致皮肤黑色素瘤或肢端黑色素瘤的原因。不同肿瘤的斑马鱼模型的对比研究发现，不同的黑色素瘤细胞变异是由不同的基因突变驱动的特定变化（上图红色星）。此外，肿瘤形成和不同的表达部位是密切相关的，导致转录的差异由特定HOX 蛋白的表达调控和介导的。斑马鱼的皮肤黑色素肿瘤主要是受到酪氨酸激酶蛋白和 BRAF激酶蛋白介导的信号通路所致。此外各种HOX 家族蛋白驱动的基因表达，包括 HOXB5、HOXB6、HOXB7、HOXB8 和 HOXB9（HOXB5-HOXB9）也是癌变的重要原因。相比之下，斑马鱼肢端黑色素瘤是由于受体蛋白IGFR 介导的信号通路的异常激活所致。这一通路是由异常高变达的CRKL蛋白所致。该信号通路由HOX 家族 HOX13 蛋白介导产生。不同的肿瘤形成模式应该使用不同的治疗干预措施进行治疗。
作者比对了临床相关基因的DNA 测序数据，并研究了肢端或皮肤黑色素瘤患者肿瘤的RNA表达序列。CRKL和GAB2认为在肢端黑色素瘤表达异常，而非皮肤黑色素瘤则正常表达基因。编码的蛋白质CRKL 和 GAB2 是转接蛋白，它们的作用是将蛋白质连接在一起，这些蛋白质是酪氨酸激酶。这些受体酪氨酸激酶激活了两条下游信号通路（MAPK 和 PI3K 通路），它们在基本上在所有黑色素瘤中都被过度激活。
科学家在斑马鱼中特异性表达CRKL 和 GAB2。而且还对这些黑色素瘤细胞进行了操作，使其表达TERT 蛋白而沉默NF1蛋白的表达，这两个基因的表达通常认为是人类肢端黑色素瘤的标志基因。结果是与皮肤黑色素瘤的斑马鱼模型相比，在这些工程化斑马鱼中，鳍中出现的黑色素瘤比例高于身体其他部位。
这一实验结果和预期是一致的，因为鳍与四足动物（四肢脊椎动物，包括人类）的四肢具有共同的发育和进化特征，这就是说斑马鱼的鳍类似于人类手和脚。在修饰的四个基因中，CRKL是唯一一个可以独立导致癌症形成的基因，和其他三个基因无关。所以作者认为鳍黑色素细胞特别容易受到CRKL 诱导导致形成肿瘤，并将其认为是新发现的肢端驱动的促癌因素。
科学家比较CRKL水平高于正常水平的鱼类模型中的基因表达情况。将来自身体的黑色素瘤细胞与来自鳍的黑色素细胞进行基因表达比较，发现不同的位置影响了它们的转录谱。肢体特异性HOX 家族基因，尤其是HOX13，在鳍黑色素瘤细胞中高表达。所以科学家认为，黑素瘤细胞对CRKL影响的易感性不同的原因是由于它们的基因表达程序的内在差异，并且这些程序启动的原因取决于细胞的位置差异。
这是一项新的发现，与特定部位的基因表达密切相关的因素是特定部位的表达原因。然而，其他肿瘤微环境因素的作用也需要考虑。——例如，在小鼠模型中，炎症形成导致的肢端黑色素瘤和皮肤黑色素瘤的差异有所差异。人体处理创伤的过程对于人类揭秘肢端黑色素瘤形成有一定启示有关：因为根据调查显示13%至 25% 的肢端黑色素瘤患者说在肿瘤确诊之前有损伤，例如刺伤、摩擦水泡。
剩下的一个关键问题是这种不同部位导致肿瘤的现象在同一个部位是否是一一个相同的方式发生变异的。是否存在功能学上的分类或者阶段性的分类差异导致肢端与皮肤、粘膜和眼部黑色素瘤分化情况。所以，应该构建黑色素细胞谱系，包括处于不同发育阶段的细胞，例如干细胞和分化细胞，这些细胞可能以不同的方式在不同部位分化成正常细胞或者肿瘤细胞。跨物种基因比较也是非常有用的，例如，小鼠中分化的黑色素细胞被认为是BRAF驱动的起源细胞，但斑马鱼则不是。
鳍的CRKL 相关基因表达程序可能反映人类特定肢端部位（例如，指甲或手掌）的相关性大小也是值得进一步研究。科学家比较了人类肢端和皮肤黑色素瘤的RNA 谱，发现肢端肿瘤中富集的通路与肢体发育有关。同时发现HOXA13、HOXB13和HOXD13的基因表达在人类肢端黑色素瘤中也是异常升高。此外，科学家发现在IGF和胰岛素蛋白信号通路中的许多基因被HOX13转录因子家族调节。CRKL 导致肢端黑色素瘤的程度和其他因素的协同作用也有待于进一步研究。
所以科学家提出假说，CRKL基因放大HOX13-IGF细胞信号轴进而导致了肢端黑色素瘤。为了研究这种可能性，他们转向体外培养的人类黑色素瘤细胞。使用全面的蛋白质分析，科学家发现，肢端黑色素瘤中的CRKL与 HOX13 和 IGF 一起与 PI3K 蛋白质家族成员的结合而起作用。回到斑马鱼肿瘤，发现表达 CRKL 的鳍黑色素瘤表达也指示PI3K-IGF 信号传导的成分（如活化的 IGF1R 蛋白），从而证明 CRKL 作为 IGF 信号传导的放大作用在进化上是保守的。在斑马鱼CRKL 模型中，HOX13 和 IGF 的基因敲除或IGF-PI3K 通路的抑制减少了鳍中黑色素瘤的形成。
总之，这项研究证明了黑色素细胞的不同位置是其是否能转变成肿瘤关键原因。尤其是这些数据表明CRKL相关的信号通路可能是肢端黑色素瘤的治疗靶点，而不是皮肤黑色素瘤。因此，无论是基础研究中还是临床样本观察结果均表明促癌基因可能与肿瘤起源细胞中特定位置的基因表达程序相关，如果深究这个发现有助于解释为什么有些细胞尽管存在突变，但仍保持正常，以及特定突变发生在不同部位，但是只会在特定部位转变成癌症的原因。
