Бактерии Escherichia coli являются составными членами микробиоты кишечника человека. Однако некоторые штаммы продуцируют генотоксин под названием колибактин, который участвует в развитии колоректального рака.

Хотя было показано, что колибактин оставляет очень специфические изменения в ДНК клеток-хозяев, которые могут быть обнаружены в клетках колоректального рака, для развития такого рака требуется много лет, в результате чего фактический процесс, в результате которого нормальная клетка становится злокачественной, остается неясным.

Группа Томаса Ф. Мейера из Института биологии инфекций им. Макса Планка в Берлине вместе со своими сотрудниками теперь смогла «поймать колибактин в действии», вызывая генетические изменения, характерные для клеток колоректального рака и вызывающие трансформированный фенотип – всего через несколько часов после заражения.

Более двух третей пациентов с колоректальным раком несут продуцирующий колибактин E. coli в кишечнике, и число носителей в западном мире растет.

Эпидемиологические доказательства связи между определенными видами бактерий и некоторыми формами рака человека имеются в большом количестве, но по-прежнему трудно предоставить прямые доказательства, необходимые для оправдания обширных стратегий профилактики.

Группа Мейера недавно представила первые убедительные доказательства такой связи, идентифицировав генетическую сигнатуру колибактина в листьях в клетках-хозяевах и показав, что ее можно обнаружить в подгруппе колоректального рака.

Теперь они сделали значительный шаг вперед, используя органоиды для наблюдения за самой трансформацией. Эта новая технология позволяет выращивать нормальные первичные эпителиальные клетки толстой кишки в культуре в виде трехмерных сфер.

Эти полые «мини-органы» генерируются взрослыми стволовыми клетками, которые управляют быстрым обновлением слизистой оболочки толстой кишки. До появления этой технологии для экспериментов по заражению in vitro требовались клеточные линии, которые уже частично трансформированы и поэтому не подходят для повторения самых ранних стадий развития рака.

Чтобы проверить, продуцирует ли колибактин E. coli оказывают какое-либо продолжительное действие на клетки-хозяева, команда инфицировала их органоиды в течение трех часов. Этого уже было достаточно, чтобы вызвать изменения, характерные для колоректального рака. Мало того, что инфицированные клетки начали размножаться быстрее, чем обычно, но и подмножеству клеток больше не требовалось присутствие белка Wnt в среде для выращивания.

Фактор роста управляет оборотом стволовых клеток

Этот критический «фактор роста» присутствует в окружающей среде, окружающей стволовые клетки в нижней части желез толстой кишки, и управляет их обновлением. В здоровых условиях неконтролируемое разрастание клеток предотвращается, как только они покидают эту нишу, содержащую Wnt.

«Затем они прекращают размножение и берут на себя пищеварительные функции, но как только они достигают поверхности, их отбрасывает непрерывный поток клеток, покидающих нишу стволовых клеток», – говорит Майкл Сигал, один из ведущих авторов, недавно основал свою лабораторию в университетской клинике Шарите в Берлине для более подробного изучения этого явления. Далее он поясняет: «То же явление можно наблюдать в культурах органоидов: они требуют постоянного присутствия Wnt для продолжения роста. Без него клетки дифференцируются и вскоре умирают»

.

Такая независимость от факторов роста, наблюдаемая для инфицированных органоидов, является характеристикой ранних клеток колоректального рака. Секвенирование этих органоидов показало, что они содержат многочисленные мутации, включая большие структурные изменения, которые привели к потере, приобретению или перегруппировке целых участков хромосом.

«Удивительно, но мы не наблюдали мутаций в генах, непосредственно участвующих в передаче сигналов Wnt, которые, как известно, вызывают колоректальный рак у пациентов, унаследовавших такие мутации. Вместо этого мы обнаружили мутации, связанные с передачей сигналов p53», – говорит Амина Ифтехар, первый автор на новой бумаге. Этот важный опухолевый супрессор известен как «хранитель генома», и до сих пор лишь несколько исследований указали на возможность того, что он также может влиять на зависимость от Wnt

.

Мутации в сигнальном пути p53

Томас Ф. Мейер объясняет, что эти результаты хорошо согласуются с данными крупных программ секвенирования рака:

Очевидно, что колоректальный рак может возникать по разным механизмам. В случаях, вызванных хроническим воспалением, таких как колит или болезнь Крона, когда продуцирование колибактина E. coli особенно заметны, мутации в p53 действительно оказываются ранним событием »

Томас Ф. Мейер, Институт биологии инфекций Макса Планка

И наблюдаемые ими крупные хромосомные перестройки обнаруживаются в большинстве случаев колоректального рака.

По словам Мейера, это имеет важные последствия: «Хотя большинство пациентов с колоректальным раком несут продуцирующую колибактин E. coli мы были озадачены тем фактом, что сигнатура колибактина может быть обнаружена только в небольшая доля – до десяти процентов. Наши новые результаты теперь показывают, что характерная сигнатура является результатом надлежащего удаления перекрестных связей с поврежденных участков в ДНК. Если этот процесс заживления подвергается опасности или ремонтный механизм перегружается, вместо этого грубых хромосомных изменений и хромосомных аберраций, по-видимому, происходит, когда поврежденные клетки пытаются преодолеть перекрестные связи ДНК. Доказательства такого неудачного восстановления часто встречаются при колоректальном раке и предполагают, что канцерогенный эффект колибактина может быть значительно больше, чем десять процентов случаев, предполагаемых только по подписи ".

Source link