Zinātnieki izseko agrākajām fiziskajām izmaiņām šūnās, kas izraisa vēzi

Kad vēzis tiek diagnosticēts, aiz tā jau ir daudz notikumu šūnu un molekulārā līmenī, kas notika nepamanīti. Lai gan vēzis klīniskos nolūkos tiek klasificēts agrīnā un vēlīnā stadijā, pat "agrīnās" stadijas audzējs ir daudzu iepriekš nenosakāmu izmaiņu rezultāts organismā.

Tagad Jēlas Universitātes Medicīnas skolas (YSM) zinātnieki un viņu kolēģi ir guvuši detalizētu izpratni par dažām no šīm agrīnajām izmaiņām, izmantojot spēcīgu augstas izšķirtspējas mikroskopiju, lai izsekotu pirmajām fiziskajām izmaiņām, kas izraisa vēzi peļu ādas šūnās..

Pētot peles, kurām ir mutācija, kas veicina vēža attīstību to matu folikulās, zinātnieki atklāja, ka pirmās vēža veidošanās pazīmes parādās noteiktā laikā un vietā peļu matu folikulu augšanā. Turklāt viņi atklāja, ka šīs pirmsvēža izmaiņas var bloķēt ar zālēm, kas pazīstamas kā MEK inhibitori.

Komandu vadīja Ph.D. Tianchi Xin, YSM Ģenētikas nodaļas pēcdoktorants, un tajā bija Valentīna Greko, Ph.D., YSM ģenētikas profesore un Jēlas vēža centra locekle un Jēlas Cilmes šūnu centrs un Sergi Regot, Ph.D., molekulārās bioloģijas un ģenētikas docents Džona Hopkinsa Medicīnas skolā.

Viņu pētījuma rezultāti tika publicēti žurnālā Nature Cell Biology.

Zinātnieki pētīja peles, kurām attīstījās ādas plakanšūnu karcinoma, kas ir otrs izplatītākais ādas vēža veids cilvēkiem. Šīm pelēm tika veikta gēnu inženierija, lai tām būtu vēzi veicinoša mutācija KRAS gēnā, kas ir viens no visbiežāk mutētajiem onkogēniem cilvēka vēža gadījumā. KRAS mutācijas ir konstatētas arī plaušu, aizkuņģa dziedzera un kolorektālā vēža gadījumā.

Agrīnās izmaiņas, ko pētīja zinātnieki, ietvēra niecīga, patoloģiska pumpiņa augšanu matu folikulā, kas tiek klasificēta kā pirmsvēža anomālija. "Izpratne par šiem agrīnajiem notikumiem var palīdzēt mums izstrādāt pieejas, lai novērstu vēža veidošanos," sacīja Sjiņs, pētījuma pirmais autors.

Lai gan viņu pētījumā galvenā uzmanība tika pievērsta ādas vēzim, pētnieki uzskata, ka viņu atklātos principus varētu piemērot daudziem citiem vēža veidiem, ko izraisa KRAS mutācijas, jo galvenie iesaistītie gēni un proteīni dažādos audzējos ir vienādi.

Vairāk nekā tikai šūnu proliferācija Gan cilvēkiem, gan pelēm matu folikuli nepārtraukti aug, izkrīt vecie mati un veidojas jauni. Liela loma šajā atjaunošanās procesā ir cilmes šūnām, kurām ir iespēja attīstīties par dažāda veida šūnām. Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka KRAS mutācijas izraisa pastiprinātu cilmes šūnu proliferāciju matu folikulās, un tika uzskatīts, ka šis nozīmīgais cilmes šūnu skaita pieaugums ir atbildīgs par pirmsvēža audu bojājumu.

KrasG12D izraisa spatiotemporālas specifiskas audu deformācijas matu folikulu atjaunošanās laikā.
a. Ģenētiskās pieejas shēma KrasG12D inducēšanai matu folikulu cilmes šūnās, izmantojot ar tamoksifēnu inducējamo Cre–LoxP (TAM) sistēmu.
b. Diagramma, kurā parādīts KrasG12D indukcijas un atkārtotas attēlveidošanas laiks saistībā ar matu augšanas cikla posmiem.
c. Reprezentatīvi attēli ar savvaļas tipa atpūšoties un augošiem matu folikuliem, kas satur Cre tdTomato (Magenta) inducējamo reportieri pēc indukcijas.
d. Reprezentatīvi kontroles un KrasG12D matu folikulu attēli dažādos matu augšanas cikla posmos. Audu deformāciju bumbuļu veidā ārējā saknes apvalkā (ORS) norāda ar sarkanu punktētu līniju.
e. KrasG12D matu folikulu īpatsvars ar audu deformāciju dažādās matu folikulu augšanas stadijās.
f. Audu deformāciju īpatsvars, kas aizņem ORS augšējo, apakšējo un sīpolu daļu atsevišķiem KrasG12D matu folikuliem.
Avots: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Lai pārbaudītu šo hipotēzi, komanda izmantoja īpaši izstrādātu mutācijas KRAS formu, ko tie varēja aktivizēt noteiktā laikā dzīvnieku matu folikulu ādas šūnās. Sjiņs un viņa kolēģi izmantoja mikroskopijas paņēmienu, kas pazīstams kā intravitālā attēlveidošana, kas nodrošina augstas izšķirtspējas šūnu attēlus dzīvā ķermenī un iezīmē un izseko atsevišķas dzīvnieku cilmes šūnas.

Kad KRAS mutācija tika aktivizēta, visas cilmes šūnas sāka vairoties ātrāk, bet pirmsvēža izciļņa veidojās tikai vienā noteiktā vietā matu folikulā un vienā augšanas stadijā, kas nozīmē, ka kopējais šūnu skaita pieaugums, visticamāk, nebija. Ne viss stāsts.

KRAS mutācijas aktivizēšana matu folikulās izraisīja cilmes šūnu straujāku proliferāciju, mainot to migrācijas modeļus un dalīšanos dažādos virzienos, salīdzinot ar šūnām bez vēzi veicinošās mutācijas.

Mutācija ietekmē proteīnu, kas pazīstams kā ERK. Xin varēja novērot ERK aktivitāti reāllaikā atsevišķās dzīvu dzīvnieku cilmes šūnās un atklāja specifiskas izmaiņas šī proteīna aktivitātē, ko izraisīja KRAS mutācija. Pētniekiem izdevās arī apturēt pirmsvēža izciļņa veidošanos, izmantojot MEK inhibitoru, kas bloķē ERK darbību.

Zāles apturēja mutācijas ietekmi uz šūnu migrāciju un orientāciju, bet ne uz kopējo cilmes šūnu proliferāciju, kas nozīmē, ka pirmsvēža stāvokļa veidošanos izraisa šīs pirmās divas izmaiņas, nevis palielināta šūnu proliferācija.

Pirmsvēža izmaiņas kontekstā Onkogēnas mutācijas ietekmes izsekošana dzīvā organismā reāllaikā ir vienīgais veids, kā pētnieki ir spējuši atklāt šos principus. Tas ir svarīgi, jo vēzis neveidojas vakuumā – tas ir ļoti atkarīgs no tā mikrovides, lai augtu un uzturētu sevi. Zinātniekiem bija arī jāizseko ne tikai atsevišķu šūnu uzvedībai, bet arī molekulām šajās šūnās.

"Pieeja, ko esam izmantojuši, lai izprastu šos onkogēnos notikumus, patiesībā ir saistīta ar savienošanos starp mērogiem," sacīja Greko. "Sistēma un pieejas, ko Dr. Sjiņs izmantoja sadarbībā ar Dr. Regotu, ļāva mums pāriet uz molekulārajiem elementiem, sasaistot tos ar šūnu un audu mērogu, kas dod mums risinājumu šiem notikumiem, kurus ir tik grūti sasniegt ārpusē. Dzīvais organisms."

Pētnieki tagad vēlas izsekot procesam ilgākā laika periodā, lai redzētu, kas notiek pēc sākotnējā izciļņa veidošanās. Viņi vēlas arī izpētīt citus onkogēnus notikumus, piemēram, iekaisumu, lai noskaidrotu, vai viņu atklātie principi ir piemērojami citos kontekstos.