Новый инструмент позволяет отследить историю и расположение опухолевых клеток, чтобы выявить закономерности роста опухолей

от

Все живые организмы связаны между собой, как ветви на генеалогическом древе. Каждый организм существует в отношениях со своими предками, потомками и родственниками, и путь между любыми двумя индивидами можно проследить. То же самое касается клеток в организмах — каждая из триллионов клеток в человеческом теле образуется в результате последовательных делений оплодотворённой яйцеклетки, и все они могут быть связаны друг с другом через клеточное генеалогическое древо. У более простых организмов, таких как червь C. elegans, это клеточное генеалогическое древо полностью составлено, но клеточное генеалогическое древо человека намного больше и сложнее.

В прошлом член Института Уайтхеда Джонатан Вайсман и другие исследователи разработали методы отслеживания родословной, чтобы отслеживать и реконструировать генеалогические деревья клеточных делений у модельных организмов. Это помогло лучше понять взаимоотношения между клетками и то, как они собираются в ткани, органы и, в некоторых случаях, опухоли. Эти методы могли помочь ответить на многие вопросы о том, как развиваются организмы и как возникают и прогрессируют такие заболевания, как рак.

Теперь Вайсман и его коллеги разработали усовершенствованный инструмент отслеживания родословной, который не только фиксирует точное генеалогическое древо клеточных делений, но и объединяет его с пространственной информацией: определяет, где каждая клетка оказывается в ткани.

Исследователи использовали свой инструмент PEtracer для наблюдения за ростом метастатических опухолей у мышей. Сочетание отслеживания родословной и пространственных данных позволило исследователям получить детальное представление о том, как элементы, присущие раковым клеткам, и их окружение влияют на рост опухоли.

Разработка инструмента

Разработка этого инструмента потребовала объединения различных навыков в рамках междисциплинарного сотрудничества, которое возможно только в таком месте, как Институт Уайтхеда. Люк пришёл с опытом в области генной инженерии, Пу — в области визуализации, Кэти — в области биологии рака, а Уильям — в области вычислений. Реальным ключом к их успеху стала способность работать вместе, чтобы создать PEtracer.

Понимание того, как клетки перемещаются во времени и пространстве, является важным способом взглянуть на биологию, и здесь мы смогли увидеть обе эти вещи в высоком разрешении. Идея заключается в том, что, понимая прошлое клетки и то, где она окажется, можно увидеть, как различные факторы на протяжении её жизни влияли на её поведение.

В этом исследовании мы использовали эти подходы для изучения роста опухоли, хотя в принципе теперь мы можем начать применять эти инструменты для изучения другой биологии, представляющей интерес, например, эмбрионального развития.

Как работает PEtracer

PEtracer отслеживает родословные клеток, многократно добавляя короткие, заранее определённые коды в ДНК клеток с течением времени. Каждый фрагмент кода, называемый маркером отслеживания родословной, состоит из пяти оснований, строительных блоков ДНК. Эти метки вставляются с помощью технологии редактирования генов, называемой прайм-редактированием, которая напрямую переписывает участки ДНК с минимальными нежелательными побочными продуктами. Со временем каждая клетка приобретает больше маркеров отслеживания родословной, сохраняя при этом маркеры своих предков. Исследователи могут сравнивать комбинации маркеров клеток, чтобы выяснить отношения и реконструировать генеалогическое древо.

Результаты исследования

Исследователи обнаружили, что опухолевые клетки, наиболее близкие к лёгким, наиболее богатой питательными веществами области, были наиболее приспособлены, что означает, что их история происхождения указывала на самый высокий уровень клеточного деления с течением времени. Приспособленность раковых клеток имеет тенденцию коррелировать с тем, насколько агрессивно будут расти опухоли.

Клетки на «переднем крае» опухоли, на дальней стороне от лёгких, были более разнообразными и не такими приспособленными. Ниже переднего края находился район с низким содержанием кислорода, клетки которого когда-то могли быть клетками переднего края, но теперь оказались в менее подходящем месте. Между этими клетками и клетками, прилегающими к лёгким, находился опухолевый центр, область с живыми и мёртвыми клетками, а также клеточным мусором.

Исследователи обнаружили, что раковые клетки по всему генеалогическому древу с одинаковой вероятностью оказывались в большинстве регионов, за исключением региона, прилегающего к лёгким, где несколько ветвей генеалогического древа доминировали. Это говорит о том, что на различные черты раковых клеток сильно влияли их окружение или условия в их местных районах, а не их семейная история.

Дальнейшие доказательства этого были получены благодаря тому, что экспрессия определённых генов, связанных с приспособленностью, таких как Fgf1/Fgfbp1, коррелировала с расположением клетки, а не с её происхождением. Однако клетки, прилегающие к лёгким, также унаследовали черты, которые давали им преимущество, включая экспрессию гена, связанного с приспособленностью, Cldn4, что показывает, что семейная история также влияла на результаты.

Эти результаты демонстрируют, как на рост рака влияют как факторы, присущие определённым линиям раковых клеток, так и факторы окружающей среды, которые формируют поведение раковых клеток, подвергающихся их воздействию.

«Глядя на столь многие аспекты опухоли вместе, мы могли получить представление, которое было бы невозможно при более ограниченном взгляде», — говорит Йост. «Возможность охарактеризовать различные популяции клеток в опухоли позволит исследователям разработать методы лечения, которые более эффективно нацелены на наиболее агрессивные популяции».

«Теперь, когда мы проделали тяжёлую работу по разработке инструмента, мы рады применить его для изучения всевозможных вопросов в области здоровья и болезней, эмбрионального развития и других модельных видов с целью понимания важных проблем в области здоровья человека», — говорит Коблан.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте

Оставьте комментарий