В новом исследовании, опубликованном в журнале Cancer Cell, ученые из Университета Пенсильвании (University of Pennsylvania) изучили, как раковые клетки становятся агрессивными.
Материалы и методы исследования
В научной работе использовалась модель рака поджелудочной железы на мышах. Исследователи использовали новую технологию, основанную на инструменте редактирования генома CRISPR-Cas9, для точного отслеживания происхождения раковых клеток.
Чтобы лучше понять биологические изменения, сопровождающие метастазирование, авторы исследования стремились тщательно отслеживать этот процесс, используя развивающееся штрих-кодирование, также называемое отслеживание клонов CRISPR, которое позволяет реконструировать филогенетическое древо раковых клеток. Ученые соединили CRISPR с секвенированием одноклеточной РНК, чтобы получить картину включения генов в каждой клетке.
Чтобы отследить родословную, исследователи разработали новый метод, использующий CRISPR/Cas9 для мутагенизации синтетически введенных последовательностей ДНК, служащих клеточными штрих-кодами. Эти сконструированные раковые клетки затем вводили мышам и давали возможность метастазировать.
Результаты научной работы
Авторы исследования обнаружили спектр агрессии в клетках первичной опухоли на одном конце, и клетках, которые с большей вероятностью переместятся в новые места и колонизируют другие ткани на другом конце. Исследователи выявили, что из клеток, которые в конечном итоге стали метастатическими и выросли в тканях и органах за пределами поджелудочной железы, большинство имеют общую линию происхождения.
Результаты исследования говоря о том, что не только генетические мутации могут способствовать распространению рака. Результаты профилирования одноклеточной РНК подчеркивают, что паттерны экспрессии генов – которые клетки генов включают и выключают – играют ключевую роль в исходах болезни. Создав точный инструмент для исследования метастазов рака in vivo, можно наблюдать ранее недоступные типы информации. Ученые смогли использовать этот метод отслеживания клонов для ранжирования клеток в зависимости от того, насколько они метастатичны, а затем связать эти различия в поведении с изменениями экспрессии генов.
Пока рак развивается и распространяется у мыши-хозяина, клеточные штрих-коды случайным образом «редактируются» с помощью CRISPR/Cas9. По словам авторов исследования, полученные шаблоны редактирования штрих-кода могут быть использованы для реконструкции филогенетического древа раковых клеток по мере их метастазирования по всему телу.
Ученые обнаружили, что 1 клон доминирует над метастатическими клетками. Профиль транскриптома этого доминантного клона в метастазах, а также других клонов, которые распространяются из первичной опухоли, отличался друг от друга и от клонов, которые оставались ограниченными первичными опухолями. Данные по экспрессии генов этого агрессивного клона показали, что доминантный клон включил гены, связанные с так называемым эпителиально-мезенхимальным переходом (ЭМП), процессом, который, как считается, придает раку некоторые из его агрессивных качеств.
Исследователи также обнаружили, что среди всех клонов клетки занимают разные места в спектре ЭМП, от экспрессии множества эпителиальных генов до экспрессии множества мезенхимальных генов. Генетический профиль более агрессивных клеток обнаружил многочисленные совпадения с генами, связанными с раком человека, некоторые из которых предсказывали снижение выживаемости. Исследователи также обнаружили, что в особенно агрессивном клоне второй мыши семейство генов, связанных со злокачественными свойствами, такими как миграция клеток и способность входить и выходить из кровеносных сосудов, было значительно сверхэкспрессировано по сравнению с другими клонами.
Авторы другого исследования утверждают, что разрабатывают новый метод лечения рака поджелудочной железы.
Врач кардиолог, терапевт, врач функциональной диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
