Nat Comm | 單細(xì)胞克隆跟蹤解碼癌癥異質(zhì)性
原創(chuàng)?圖靈基因?圖靈基因?今天
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單個(gè)癌癥患者體內(nèi)的單個(gè)腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出與生長(zhǎng)识颊、轉(zhuǎn)移和化療反應(yīng)相關(guān)的不同行為苍碟。為了實(shí)現(xiàn)這些行為，每個(gè)癌細(xì)胞都使用其基因以一種稱為“基因表達(dá)特征”的獨(dú)特方式制造所需的分子寻狂。
為了將基因表達(dá)特征與癌癥進(jìn)展和化療耐藥性聯(lián)系起來昵骤，由來自南加州大學(xué)的Rong Lu博士和來自Cedars-Sinai的Akil A. Merchant醫(yī)學(xué)博士領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家在一項(xiàng)研究中引入了一種新的基因技術(shù)（“Deciphering intratumoral heterogeneity using integrated clonal tracking and single-cell transcriptome analyses”）萝映，發(fā)表在《Nature Communications》上檩小。
“細(xì)胞異質(zhì)性是癌癥治療耐藥的主要原因。盡管最近在單細(xì)胞基因組和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方面取得了進(jìn)展杜耙，但仍然很難將測(cè)量的分子圖譜與癌癥的細(xì)胞活性聯(lián)系起來搜骡。在這里，我們提出了一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)佑女，將單細(xì)胞基因表達(dá)與異質(zhì)性癌細(xì)胞的生長(zhǎng)记靡、轉(zhuǎn)移和治療反應(yīng)聯(lián)系起來⊥徘”研究人員寫道摸吠。
“我們的系統(tǒng)將單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析與患者來源的異種移植模型中基于DNA條形碼的克隆追蹤相結(jié)合。我們表明嚎花，在多只小鼠中表現(xiàn)出獨(dú)特基因表達(dá)的白血病細(xì)胞以不同但一致的方式對(duì)不同的化療做出反應(yīng)寸痢。此外，我們還發(fā)現(xiàn)了一種在空間上局限于單個(gè)解剖部位的骨髓并由具有不同基因表達(dá)的細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的白血病擴(kuò)張形式紊选√渲梗”
“我們的綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以研究疾病進(jìn)展和治療耐藥性背后的腫瘤內(nèi)異質(zhì)性的分子和細(xì)胞基礎(chǔ)”眨”研究人員說献烦。
為了開發(fā)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，來自南加州大學(xué)的第一作者Humberto Contreras Trujillo博士和他的同事結(jié)合了兩種現(xiàn)有技術(shù)卖词。第一種使研究人員能夠讀取白血病患者單個(gè)癌細(xì)胞的基因表達(dá)特征条舔。由Lu實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的第二項(xiàng)技術(shù)使科學(xué)家們能夠用可遺傳的沛膳、基于DNA的“條形碼”標(biāo)記單個(gè)白血病細(xì)胞鳖悠，從而提供了一種在疾病進(jìn)展過程中不僅跟蹤細(xì)胞而且跟蹤其后代的方法瓮增。
利用這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)赢乓，研究小組分析了一個(gè)具有代表性的條形碼白血病細(xì)胞樣本的基因表達(dá)特征宇弛，然后將剩余的細(xì)胞移植到小鼠體內(nèi)豆赏。
不同的基因表達(dá)特征與小鼠體內(nèi)癌細(xì)胞生長(zhǎng)的不同器官相關(guān)播揪。例如杠园，高表達(dá)CMC2基因的癌細(xì)胞傾向于在卵巢定植顾瞪，而低表達(dá)CMC2的細(xì)胞則在血液和脾臟中建立了集落。
其他具有BTK、DNAJC和LRIF1基因高表達(dá)的癌細(xì)胞傾向于在離散的骨髓囊中產(chǎn)生后代陈醒。當(dāng)科學(xué)家使這些基因失活時(shí)惕橙，白血病細(xì)胞會(huì)加速遷移，失去與骨髓中其他細(xì)胞粘附的能力钉跷。
“在我們的研究中弥鹦，我們能夠識(shí)別出以前未知的與疾病進(jìn)展和化療耐藥有關(guān)的基因。這些基因可能為未來的治療提供新的靶點(diǎn)爷辙”蚧担”Lu說。他是南加州大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)膝晾、生物醫(yī)學(xué)工程栓始、醫(yī)學(xué)和老年學(xué)的?Richard N. Merkin?助理教授，也是白血病和淋巴瘤協(xié)會(huì)的學(xué)者血当。
通過證明具有不同基因表達(dá)特征的癌細(xì)胞傾向于在不同的器官和骨髓袋中生長(zhǎng)幻赚，該研究還強(qiáng)調(diào)了癌癥研究人員面臨的一個(gè)主要問題：研究患者細(xì)胞的非代表性樣本。例如臊旭，如果醫(yī)生通過標(biāo)準(zhǔn)抽血采集患者細(xì)胞落恼，樣本將不包括局限于骨髓袋的非循環(huán)白血病細(xì)胞。
更令人擔(dān)憂的是巍扛，由于這些癌細(xì)胞袋分布不均勻领跛，標(biāo)準(zhǔn)的骨髓活檢可能無法準(zhǔn)確診斷患者的疾病。
當(dāng)將患者細(xì)胞移植到實(shí)驗(yàn)室小鼠中以進(jìn)行臨床前癌癥研究時(shí)撤奸，也面臨類似的挑戰(zhàn)吠昭。不到1%的患者細(xì)胞在小鼠體內(nèi)生長(zhǎng)和繁殖。
如果從一只小鼠身上收集患者細(xì)胞胧瓜，然后移植到另一只小鼠身上矢棚，這些問題就更加復(fù)雜了。這種做法被稱為連續(xù)移植府喳，是一種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)蒲肋，允許將患者細(xì)胞的小樣本擴(kuò)展到研究所需的更大數(shù)量。然而钝满，這項(xiàng)新研究表明兜粘，連續(xù)移植也有利于具有特定基因表達(dá)特征的癌細(xì)胞的存活。
此外弯蚜，與任何治療前來自同一患者的細(xì)胞相比孔轴，復(fù)發(fā)患者的細(xì)胞在移植到小鼠體內(nèi)時(shí)似乎存活率較低。在大多數(shù)情況下碎捺，來自復(fù)發(fā)期的一兩個(gè)白血病細(xì)胞的后代在移植小鼠中占優(yōu)勢(shì)路鹰。
“我們的新系統(tǒng)在白血病模型中存在明顯的局限性贷洲，這些模型目前用于在潛在的治療方法進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)之前進(jìn)行最后階段的測(cè)試〗”Cedars-Sinai的內(nèi)科學(xué)家Merchant說优构，“這些白血病模型無法捕捉單個(gè)患者體內(nèi)單個(gè)腫瘤細(xì)胞的全部多樣性，更不用說受該疾病影響的更廣泛人群了雁竞∏胀郑”
研究人員還讓他們的小鼠接受不同的標(biāo)準(zhǔn)白血病治療方案：短期強(qiáng)化化療，然后是長(zhǎng)期維持治療浓领。白血病細(xì)胞中有不同的基因表達(dá)特征玉凯，這些細(xì)胞最終因強(qiáng)化治療而死亡，因維持治療而停止生長(zhǎng)联贩，或僅對(duì)兩者的結(jié)合有反應(yīng)漫仆。因此，在實(shí)際臨床實(shí)踐中泪幌，聯(lián)合治療已被證明是對(duì)患者最好的整體治療方法盲厌。
“通過使用我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，我們學(xué)到了很多關(guān)于單個(gè)白血病細(xì)胞的基因表達(dá)如何影響其進(jìn)展和治療耐藥性的知識(shí)祸泪÷鸷疲”Lu說，“同一系統(tǒng)可以提供關(guān)于許多其他類型癌癥的類似見解没隘，并有助于識(shí)別和描述導(dǎo)致疾病和治療耐藥性的特定細(xì)胞懂扼。”
