Версия для слабовидящих
«Молекулярный штрих-код» помог прояснить механизм метастазирования Печать Email
Новости об инновациях
03.07.2015

На модели рака молочной железы мышей американские и английские ученые применили систему «молекулярных штрих-кодов», позволившую проследить судьбу различных клонов первичной гетерогенной раковой опухоли и понять их роль в развитии заболевания. Одни клоны остаются в первичной опухоли и способствуют ее росту, другие выявляются в основном в метастазах. Авторы описали ключевые механизмы формирования псевдососудистой системы в первичной опухоли и проникновения через эту систему раковых клеток в кровоток как важнейший этап формирования метастазов. Полученные данные непременно будут проверены на раках других типов и могут оказаться очень полезными для разработки антиметастазных противораковых средств.

elementy-breast_cancer_heterogeneity_reveals_vascular_mimicry_1_600.jpgРис. 1. Клональный анализ опухоли 4Т1 с помощью «молекулярных штрих-кодов» и трансплантации. В клетки опухоли 4Т1 с помощью ретровирусного вектора вводили in vitro набор «молекулярных штрих-кодов» — различных коротких ДНК. «Кодированные» клетки затем трансплантировали мышам. После того как сформировались опухоли и метастазы, собирали различные органы и ткани, и с помощью секвенирования определяли в них количественные соотношения различных штрих-кодов, которые несли потомки различных клеток анализируемой опухоли. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Метастазы раковых опухолей являются главной причиной гибели пациентов при онкологических заболеваниях. Метастазирование представляет собой сложный многоступенчатый процесс, в ходе которого клетки первичной опухоли проникают в кровеносные или лимфатические сосуды и распространяются по организму. Затем они покидают сосуды и формируют метастазы (вторичные опухоли) в других, порой очень отдаленных органах и тканях. Изучение процесса метастазирования до настоящего времени было затруднено главным образом из-за отсутствия адекватных задаче модельных систем.

На модели рака молочной железы мышей группа ученых из университетов США и Великобритании разработала элегантную систему индивидуальных «молекулярных штрих-кодов» — по аналогии с хорошо известными штрих-кодами, которыми метят товар в супермаркете для автоматического распознавания на кассе. Новая технология позволяет помечать различные клоны клеток гетерогенной опухоли: в клетки вводится набор различных коротких последовательностей ДНК, не влияющих на функционирование клетки, что позволяет в дальнейшем сравнительно легко найти и определить потомков этих клеток. Молекулярные штрих-коды помогли проследить судьбу различных клонов в формировании опухоли и метастазировании.

elementy-breast_cancer_heterogeneity_reveals_vascular_mimicry_2_300.jpgРис. 2. Анализ функциональных свойств индивидуальных клонов опухоли 4Т1. Клетки опухоли 4Т1 «кодировали» так же, как и в первом эксперименте. Из полученной популяции выделяли отдельные клетки и выращивали из них индивидуальные клоны, которые затем характеризовали, смешивали и трансплантировали мышам. Органы и ткани анализировали так же, как описано выше. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Ученые применили этот метод к мышиной опухолевой клеточной линии 4Т1 — легко поддающейся трансплантации мышам клеточной линии очень агрессивного рака груди, быстро растущего и самопроизвольно метастазирующего (см. B. A. Pulaski & S. Ostrand-Rosenberg, 2001. Mouse 4T1 breast tumor model). Метки вводились in vitro с помощью ретровирусного вектора (рис. 1). «Кодированные» клетки трансплантировали в молочные железы мышей и через 24 дня собирали образцы первичных опухолей, крови, легких, печени, мозга и подмышечных лимфатических узлов. С помощью секвенирования ДНК количественно оценивали набор кодов и, следовательно, набор клонов-потомков индивидуальных клеток опухоли в различных органах и в крови.

Оказалось, что количественное соотношение кодов клеток в первичной опухоли сильно отличается от набора кодов клеток, циркулирующих в крови. Следовательно, клетки некоторых клонов опухоли активнее проникают в кровоток. В то же время наблюдалось существенное перекрывание кодов циркулирующих клеток и метастазов. Но между циркулирующими клетками и метастазами, с одной стороны, и клетками, колонизующими подмышечные лимфатические узлы, с другой стороны, существенного перекрывания не отмечалось. Это соответствует клиническим наблюдениям о том, что у 20–30% больных раком молочной железы с отдаленными метастазами подмышечные лимфатические узлы были свободны от раковых клеток. Таким образом, популяция клонов клеток 4Т1 адекватно воспроизводит на мышах различные аспекты прогрессии заболевания раком молочной железы.

В следующей серии экспериментов «кодированные» клетки подвергали клеточному сортингу (cell sorting — процедура, позволяющая получить из популяции отдельные клетки в соответствии с их свойствами), после чего выращивали их клоны. В результате авторы смогли достаточно детально охарактеризовать свойства различных клонов клеток первичной опухоли. Клоны росли с разной скоростью, клетки имели различную морфологию. После подращивания клоны объединяли, вводили в молочные железы мышей и проводили анализ, как в первой серии экспериментов (рис. 2). Через 14 дней профиль клонов первичной опухоли был примерно таким же, как у смеси, подращиваемой in vitro. Но через 24 дня опухоль характеризовалась доминированием уже только одного из клонов — 4Т1-I. Введение мышам клеток изолированного клона 4Т1-I также приводило к ускоренному росту опухоли. Поэтому его взаимодействие с другими клонами при формировании опухоли не обязательно.

Кроме того, были идентифицированы и изучены отдельные клоны, которые были сравнительно слабо представлены в первичной опухоли, но доминировали в кровотоке, а часть из них обнаруживалась в метастазах. Они тоже отличались от клонов, колонизующих лимфатические узлы. Клон 4Т1-Т, доминирующий в метастазах, сформировавшихся через кровоток, при индивидуальном введении активнее других формировал легочные метастазы. Таким образом, оказалось, что различные клоны клеток гетерогенной опухоли обладают резко отличающимися способностями доминирования в первичной опухоли, проникновения в кровеносную или лимфатическую системы, инициирования метастазов.

Затем авторы изучили отличия в экспрессии генов в различных клонах клеток первичной опухоли. Они нашли, что клоны, эффективно проникающие в кровеносную систему, усиленно экспрессируют два белка — Serpine2 и Slpi, являющихся антикоагулянтами (то есть препятствующих свертыванию крови). Важным оказался тот медицинский факт, что усиленная экспрессия их человеческих ортологов SERPINE2 и SLPI при раке молочной железы связана с образованием метастаз в легких и в мозге. Искусственное подавление у мышей экспрессии Serpine2 и Slpi значительно ограничивало способность клонов инициировать метастазы.

Дальнейшие эксперименты показали, что Serpine2 и Slpi необходимы и достаточны для программирования клеток на создание в опухоли подобия сосудистой системы (vasculogenic mimicry, рис. 3). «Подобия» — потому что роль эндотелия, выстилающего внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, выполняют в ней сами клетки опухоли, которые формируют внутриопухолевую сеть «псевдососудов» и связывают ее с кровеносной системой. Кроме того, антикоагулянты Serpine2 и Slpi способствуют проникновению раковых клеток в кровеносную систему и переносу их в отдаленные органы и ткани.

elementy-breast_cancer_heterogeneity_reveals_vascular_mimicry_3_600.jpgРис. 3. Сеть «псевдососудов» в опухоли способствует метастазированию. При образовании метастазов раковые клетки первичной опухоли проникают в сеть «псевдососудов», а через нее попадают в кровеносную систему и выходят в отдаленных органах и тканях. Клоны клеток, секретирующих белки-антикоагулянты Serpine2 и Slpi (зеленые), участвуют в формировании сети «псевдососудов» и позволяют различным клеткам опухоли (зеленые, синие, фиолетовые) через кровеносные сосуды мигрировать к местам формирования метастазов. Рисунок из синопсиса к обсуждаемой статье в Nature

Таким образом, авторы разработали и применили новую информативную систему для изучения роли различных клонов гетерогенной раковой опухоли в развитии заболевания, а также описали ключевые механизмы проникновения раковых клеток в кровоток как важнейшего этапа формирования метастаз. Дальнейшие исследования покажут, насколько описанная модель применима для других типов рака и возможно ли использование SERPINE2 и SLPI как мишеней для разработки новых противораковых средств.

Источники:

  1. Elvin Wagenblast et al.A model of breast cancer heterogeneity reveals vascular mimicry as a driver of metastasis // Nature. 2015. V. 520. P. 358–362.
  2. Mary J. C. Hendrix. An extravascular route for tumour cells // Nature. 2015. V. 520. P. 300–302. (Популярный синопсис к обсуждаемой статье.)

Автор: Вячеслав Калинин

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/molekulyarnyi-shtrikh-kod-pomog-proyasnit-mekhanizm-metastazirovaniya

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта