Даже у одного пациента с раком существует огромное разнообразие индивидуальных опухолевых клеток, которые демонстрируют различное поведение, связанное с ростом, метастазированием и реакцией на химиотерапию. Для реализации такого поведения каждая раковая клетка использует свои гены для создания необходимых молекул уникальным способом, известным как «сигнатура экспрессии генов». Чтобы связать сигнатуры экспрессии генов с прогрессированием рака и устойчивостью к химиотерапии, группа ученых во главе с Ронг Лу из USC и Акилом А. Мерчантом из Cedars-Sinai представила новую генетическую технологию в исследовании, опубликованном в Nature Communications .

Для разработки экспериментальной системы первый автор Умберто Контрерас-Трухильо из USC и его коллеги объединили две существующие технологии. Первый позволил исследователям прочитать сигнатуры экспрессии генов отдельных раковых клеток у пациентов с лейкемией. Вторая технология, разработанная Lu Lab, позволила ученым маркировать отдельные лейкозные клетки наследственными «штрих-кодами» на основе ДНК, предлагая способ отслеживать не только клетки, но и их потомство во время прогрессирования заболевания.

Используя эту экспериментальную систему, команда проанализировала сигнатуры экспрессии генов репрезентативного образца клеток лейкемии со штрих-кодом, а затем трансплантировала оставшиеся клетки мышам.

Отчетливые сигнатуры экспрессии генов коррелировали с различными органами, в которые попадали раковые клетки у мышей. Например, раковые клетки с высокой экспрессией гена CMC2 имеют тенденцию колонизировать яичники, в то время как клетки с низким уровнем экспрессии CMC2 образуют колонии в крови и селезенке.

Другие раковые клетки с повышенной экспрессией генов BTK, DNAJC и LRIF1 имели тенденцию генерировать потомство в дискретных карманах костного мозга. Когда ученые деактивировали эти гены, лейкозные клетки ускорили миграцию, потеряв способность прикрепляться к другим клеткам костного мозга.

«В нашем исследовании мы смогли идентифицировать ранее неизвестные гены, которые участвуют в прогрессировании заболевания и устойчивости к химиотерапии. Эти гены могут стать новыми мишенями для будущих методов лечения», – сказал Лу, доцент кафедры Ричарда Н. Меркина. Биология стволовых клеток и регенеративная медицина, биомедицинская инженерия, медицина и геронтология в USC, а также научный сотрудник Общества лейкемии и лимфомы.

Демонстрируя, что раковые клетки с различными сигнатурами экспрессии генов имеют тенденцию к росту в разных органах и карманах костного мозга, исследование также подчеркнуло главную проблему, с которой сталкиваются исследователи рака: изучение нерепрезентативных образцов клеток пациентов. Например, если врач собирает клетки пациента с помощью стандартного забора крови, образец не будет включать не циркулирующие лейкозные клетки, локализованные в карманах костного мозга. Более того, поскольку эти очаги раковых клеток распределены неравномерно, стандартная биопсия костного мозга не может точно диагностировать болезнь у пациента.

Аналогичные проблемы возникают при трансплантации клеток пациента лабораторным мышам для проведения доклинических исследований рака. У мышей растет и размножается менее одного процента клеток пациентов.

Эти проблемы усугубляются, если клетки пациента собирают у одной мыши и впоследствии трансплантируют другой мыши. Эта практика, известная как последовательная трансплантация, является стандартной техникой, позволяющей небольшим образцам клеток пациента расширяться в большие количества, необходимые для исследования. Однако новое исследование Nature Communications показывает, что серийные трансплантации также способствуют выживанию раковых клеток с определенными сигнатурами экспрессии генов.

Кроме того, казалось, что клетки от пациентов с рецидивом с меньшей вероятностью выживут при трансплантации мышам по сравнению с клетками, полученными от тех же пациентов до любого терапевтического лечения. В большинстве случаев у трансплантированных мышей доминировало потомство одной или двух лейкозных клеток рецидивирующей фазы

.

Наша новая система обнажила очевидные ограничения в моделях лейкемии, которые в настоящее время используются для проведения заключительных этапов тестирования, прежде чем потенциальные терапевтические методы лечения перейдут к клиническим испытаниям на людях. Эти модели лейкемии не охватывают всего разнообразия индивидуальных опухолевых клеток у одного пациента, не говоря уже о более широкой популяции пациентов, страдающих этим заболеванием »

.

Акил А. Мерчант, врач-ученый, Сидарс-Синай

Исследователи также подвергали своих мышей различным вариантам стандартной схемы лечения лейкемии: кратковременной интенсивной химиотерапии с последующей длительной поддерживающей терапией. В лейкозных клетках, которые в конечном итоге погибли от интенсивного лечения, перестали расти из-за поддерживающей терапии, или реагировали только на комбинацию того и другого, наблюдались различные сигнатуры экспрессии генов. Соответственно, в реальной клинической практике комбинированная терапия зарекомендовала себя как лучший общий подход для пациентов.

«Используя нашу экспериментальную систему, мы многое узнали о том, как экспрессия генов отдельных лейкозных клеток влияет на их прогрессирование и устойчивость к лечению», – сказал Лу. «Эта же система может предоставить аналогичные сведения о многих других типах рака и помочь идентифицировать и охарактеризовать конкретные клетки, которые вызывают заболевание и лежат в основе устойчивости к лечению»