Прежде чем можно будет разработать эффективное лечение, исследователи должны понять специфический эффект противоракового вещества на тип клетки или даже на клетку, которая производит метастазы в огромной клеточной гетерогенности опухолей. Команда из Женевского университета (UNIGE) использовала новаторский метод под названием spiked-scRNAseq, который связывает транскриптомные с метастатическими фенотипами одиночных клеток опухолевых клеток рака толстой кишки. Была установлена важность гена VSIG1, участвующего в межклеточных взаимодействиях: он предотвращает метастазы. В дополнение к этому открытию – которое дает надежду на разработку будущих методов лечения – статья, опубликованная в Cell Reports, подтверждает использование этой технологии для тестирования лекарств, активных против метастазов, в том числе для персонализированных подходов.
Большинство лекарств от рака не работают оптимально против метастазов. Фактически, они были разработаны, чтобы иметь глобальное действие и максимально возможное влияние на среднего пациента. Чтобы быть эффективным, говорит профессор Ариэль Руис и Альтаба с медицинского факультета UNIGE, "препараты должны быть нацелены только на клетки, которые генерируют метастазы."
Опухоли состоят из очень разнородных клеток, некоторые из которых будут давать метастазы, а другие – нет. Вопрос в том, как нацелить правильный тип опухолевой клетки как средство борьбы с раком.
Команда под руководством профессора Руиса и Альтабы разработала методологию для определения клеточных фенотипов опухолей, а также их клонирования и отслеживания, используя анализ генома и результирующей экспрессии мРНК на уровне клеток. Гены клетки или ее генотип сначала копируются в информационную РНК, которая затем часто используется для синтеза белка. Эти белки являются видимым проявлением генов, и их действие лежит в основе измеримых характеристик клетки, т.е.е., его фенотип. "Наш подход означает, что можно идентифицировать недостающие части головоломки опухоли, связав выраженный генотип с клеточным фенотипом. По сути, мы хотим знать, как клетки становятся метастатическими и откуда они берутся."
Проверка модели
Путем разработки и использования метода spiked-scRNAseq, который сочетает в себе омические подходы и определение фенотипа отдельных клеток, которые затем "с шипами" в исходную гетерогенную популяцию клеток, исследователям удалось точно определить состав популяций опухолей при определении их фенотипа на клеточном уровне.
Для этого они сначала генетически пометили несколько типов опухолевых клеток, чтобы они могли наблюдать за их метастатическим поведением. Как только фенотип был известен, клетки того же клона были "с шипами" в гетерогенную популяцию первичных клеток рака толстой кишки и подвергнуты секвенированию одной клетки. Таким образом, молекулярный профиль клеток с метастатическим потенциалом был идентифицирован путем наведения метастатических клеток с шипами на определенную группу клеток или кластер.
На основе этого подхода можно точно протестировать лекарства и их антиметастатические эффекты. "Другими словами, мы можем использовать этот подход для анализа соединений на предмет их действия на клетки, которые вызывают метастазы у отдельных пациентов," объясняет доктор. Марианна Сильвано, научный сотрудник UNIGE и соавтор исследования.
Идентификация гена-супрессора метастазов
Затем исследователи применили этот подход к пониманию поведения опухоли. "Мы приступили к определению дометастатического статуса опухоли и оценке ее метастатического потенциала," продолжает доктор. Сильвано. Исследовательская группа в Женеве обнаружила, что, смешивая клетки с метастатическим фенотипом с неметастатическими клетками, первые останавливают миграцию последних. "Это указывает на то, что рестриктивные клеточные взаимодействия важны в процессе образования метастазов," объясняет профессор Руис и Алтаба.
На основе этих результатов – и имея в руках геномный и транскриптомный анализ – исследовательская группа сосредоточила внимание на генах, участвующих в сигнальных путях, которые важны для клеточных взаимодействий. Доктор. Каролина Бернал, научный сотрудник и соавтор исследования, определила ген VSIG1, и она и доктор. Сильвано назвал это критическим по отношению к ограничительному взаимодействию между неметастатическими и метастатическими опухолевыми клетками.
"Экспрессия в опухолевой клетке снижает количество метастазов in vivo и in vitro. Если его удалить, мы обнаружим увеличение метастазов," заключает доктор. Сильвано. Метастатические клетки в первичных опухолях можно точно определить с помощью spiked-scRNAseq, а также идентифицировать основные гены и активные лекарства для разработки новых и эффективных методов лечения рака толстой кишки и других видов рака.