癌症形成中最关键但又最少被理解的阶段是最早期的阶段。我们缺乏关于正常细胞如何获得驱动突变并与环境因素相互作用以实现肿瘤转化的全面说明。对异质性人类肿瘤的回顾性分析推测出一些共同驱动因子引发了大多数癌症。除了已有的环境风险因素，突变特征分析识别出可能的致病性暴露，但这些仅部分解释了不同人群之间癌症发生率的差异，并且没有考虑到祖先差异。具有遗传性癌症易感综合症的人群使得在一个个体内对多个肿瘤进行分子剖析成为可能。然而，由于患者数量和剖析癌症数量有限，其肿瘤演变的普遍性受到限制，而这种强烈的遗传易感性可能会主导环境风险因素。更广泛地说，人类研究受到人群多基因多样性的阻碍，或者受到有易感综合症的家庭样本数量少的限制，这两者都受限于生活方式风险因素的历史记录不佳。因此，不清楚在相同遗传背景和相同环境条件下癌症会以多大程度上发展，或者多基因种系差异是如何影响肿瘤发生轨迹的。我们推测，理解肿瘤发生机制的一个有效策略是实施古尔德的思想实验，重复演化，其中癌症发展被实验性地重复数百次，以进行全面分析。这样一种前瞻性和体内的方法研究早期癌症发展将控制许多复杂的人类研究的遗传和环境变量。通过DNA损伤致突变剂二乙基亚硝胺（DEN）诱导小鼠肝脏的突变是一个高度控制的体内肿瘤发生系统，它可重复地产生在组织学上类似于人类肝细胞癌的肝细胞源性肿瘤。DEN在肝小叶中心的肝细胞中代谢激活，形成众所周知的致突变DNA加成物。出生后15天单次暴露于DEN后，C3H/HeOuJ雄性小鼠在25周内可靠地发展出多个克隆上不同的肿瘤，每个肿瘤通常携带60000个碱基替换突变。DEN的离散暴露通过损伤分离的过程导致明显的染色体规模突变不对称，因为肿瘤从仅含有DNA双链一个链上的损伤细胞的克隆生长中发展。这些链定向突变是分析肿瘤克隆动态、选择、同源重组和DNA修复的强大工具，这些都可以推广到人类的背景下。利用这个DEN系统，我们在四种杂交鼠系和物种中重新进行了肿瘤发生，生成数百个肿瘤的匹配基因组、转录组和组织学以进行比较分析。这些进化上不同的小鼠的自然遗传变异所捕捉的遗传变异等同于或超过从不同人类祖先群体中选择的个体对的变异，这种变异在以往对人群级癌症研究中被忽视。我们的分析显示出强烈的遗传背景对基因组稳定性和致癌选择强度的影响，以及多次表观遗传种系-体细胞相互作用塑造后续癌症演变的实例。图1：癌症易感性和诱变受种系遗传变异的影响。a，DEN诱导肿瘤和各小鼠系肿瘤潜伏期的总结。系统树分支长度是蛋白质编码四重简并位点的替换率。DEN诱导的肿瘤在固定时间点（x轴）收集，每个小鼠系对应100%肿瘤发生率（方法）。灰色棒棒糖图显示在相同时间点未处理和年龄匹配的小鼠中，自发肿瘤的比例（阴影区域）（肿瘤仅在年龄匹配时间点检测到的C3H中发现）。b，来自延长种群监测中未处理的小鼠的自发肿瘤时机（补充表3）。中位数（黑条）和四分位数范围（灰色框）已显示。p值通过Kolmogorov-Smirnov检验在Bonferroni修正后确定；仅在修正后p < 0.05的结果被标示。c，研究设计及结果数据集（补充表2）的总结。d，肿瘤样本的嵌套分层关系，能够分析肿瘤发展的遗传和共享环境成分。每只母鼠贡献一个窝，因此母鼠身份定义了窝的身份。