查明癌細胞如何變得具有攻擊性

通常是癌癥的擴散,而不是原始腫瘤,導致這種疾病最致命的風險。

“然而,轉移是癌癥生物學中最不為人知的方面之一,”醫學博士 Kamen Simeonov 說。賓夕法尼亞大學佩雷??爾曼醫學院的學生。

在一項新研究中,由 Simeonov 和獸醫學院教授 Christopher Lengner  領導的團隊通過跟蹤轉移細胞的發展,在加深理解方面取得了長足的進步。他們的工作使用胰腺癌小鼠模型和尖端技術來追蹤單個癌細胞的譜系和基因表達模式。他們在出現的細胞中發現了一系列攻擊性,其中細胞可能在一端留在原發腫瘤處,而那些更有可能移動到新部位并在另一端定植其他組織。

研究人員發現,在最終轉移并在胰腺以外的組織和器官中生長的細胞中,大多數細胞具有共同的譜系。

“通過構建用于體內探測癌癥轉移的精確工具,我們能夠觀察到以前無法獲得的信息類型,”Simeonov  說。“我們能夠使用這種譜系追蹤方法根據細胞的轉移程度對細胞進行排序,然后將這些行為差異與基因表達變化聯系起來。”

該小組的研究結果發表在《癌細胞》雜志上,表明不僅基因突變可以推動癌癥的擴散;單細胞 RNA  分析結果強調了基因表達模式——哪些基因細胞開啟和關閉——在疾病結果中起著關鍵作用。

  融合新技術

雖然科學家們已經描述了數百種與驅動正常細胞癌變相關的基因突變,但他們在識別使癌細胞發生轉移的突變方面并沒有取得同樣的成功。

一種可能性可能是該過程取決于突變以外的因素,或者取決于聚集在一起的如此多的異常以致于簽名難以解決。

為了更好地了解伴隨轉移的生物學變化,Simeonov、Lengner 及其同事旨在使用進化的條形碼(也稱為 CRISPR  譜系追蹤)仔細跟蹤這一過程,從而能夠重建細胞系譜。他們將其與單細胞 RNA 測序相結合,以獲得每個細胞中開啟的基因的圖片。

為了追蹤譜系,研究人員開發了一種新方法,使用 CRISPR/Cas9 來誘變合成引入的 DNA  序列,作為細胞條形碼。然后將這些工程化的癌細胞注射到小鼠體內并使其轉移。當癌癥在宿主小鼠中發展和擴散時,細胞條形碼被 CRISPR/Cas9  隨機“編輯”。Simeonov 說,由此產??生的條形碼編輯模式可用于“重建癌細胞的系統發育樹,因為它們已經在全身擴散和轉移。”

研究人員觀察了兩只小鼠多個器官的大約 28,000  個癌細胞,研究人員能夠看到隨著癌癥從胰腺擴散到其他器官和組織,每個細胞都開啟了哪些基因。他們還追蹤了細胞在體內分布的位置,以查看特定譜系是否比其他譜系更容易發生轉移。

“因此,對于所有這些細胞,我們知道它們在體內的位置,我們有一個衡量它們轉移程度的指標,然后我們還有它們的轉錄組,”或 RNA  分子目錄,Simeonov 說。

  侵略的光譜

當研究小組一起檢查這些數據池時,他們驚訝地發現大約一半的克隆或不同的癌細胞群僅限于原發腫瘤。

當他們查看已經擴散的克隆時,他們發現每只小鼠中只有一個優勢克隆。

“令人驚訝的是,盡管使用了一種應該很容易轉移的侵襲性癌細胞系,但我們發現一個克隆主導了轉移部位,”Simeonov  說。“我們期待克隆之間更加公平。”

轉移灶中的這一優勢克隆以及從原發腫瘤擴散的其他克隆的轉錄組譜彼此不同,并且與局限于原發腫瘤的克隆不同。來自這個侵襲性克隆的基因表達數據顯示,它開啟了與所謂的上皮間質轉化  (EMT) 相關的基因,該過程被認為賦予癌癥一些侵襲性。在整個克隆中,研究小組發現細胞在 EMT  譜中占據不同的位置,從表達許多上皮基因到表達許多間充質基因。“細胞似乎存在于一個連續的 EMT 狀態中,”Simeonov 說。

更具攻擊性的細胞的遺傳特征與人類癌癥相關基因有許多匹配,其中一些已預測存活率降低。研究人員還發現,在來自第二只小鼠的一個特別具有攻擊性的克隆中,與其他克隆相比,與癌癥特性(例如細胞遷移和進出血管的能力)相關的基因家族顯著過度表達。

“這個基因家族的表達似乎在不同的人群中傳播,并增強了在可能與 EMT 互補的過程中轉移的能力,”Simeonov 說。

在未來的工作中,Simeonov、Lengner  及其同事希望進一步研究轉移過程,同時探索應用這種譜系追蹤工具的新途徑,例如檢查發育過程、干細胞生物學或再生過程。肺或腸組織。

“我們希望我們的方法能夠探索和回答以前無法解決的問題,”Simeonov 說。

來源:

材料由賓夕法尼亞大學提供。注意:內容可以根據樣式和長度進行編輯。