Tutkijat seuraavat syöpää aiheuttavien solujen varhaisimpia fyysisiä muutoksia

Kun syöpä diagnosoidaan, sen takana on jo monia tapahtumia solu- ja molekyylitasolla, jotka tapahtuivat huomaamatta. Vaikka syöpä luokitellaan kliinisissä tarkoituksissa varhaiseen ja myöhäiseen vaiheeseen, jopa "varhaisen" vaiheen kasvain on seurausta monista aiemmista muutoksista kehossa, joita ei voitu havaita.

Nyt Yalen yliopiston lääketieteellisen korkeakoulun (YSM) tutkijat ja heidän kollegansa ovat saaneet yksityiskohtaisen käsityksen joistakin näistä varhaisista muutoksista käyttämällä tehokasta korkearesoluutioista mikroskopiaa jäljittääkseen ensimmäisiä syöpää aiheuttavia fyysisiä muutoksia hiiren ihosoluissa..

Tutkiessaan hiiriä, joiden karvatupissa on syövän kehittymistä edistävä mutaatio, tutkijat havaitsivat, että ensimmäiset merkit syövän muodostumisesta ilmaantuvat tiettyyn aikaan ja tiettyyn paikkaan hiirien karvatuppien kasvussa. Lisäksi he havaitsivat, että nämä syöpää edeltävät muutokset voidaan estää MEK-estäjinä tunnetuilla lääkkeillä.

Tiimiä johti Ph.D. Tianchi Xin, tutkijatohtori YSM:n genetiikan laitoksella, ja siihen kuului Valentina Greco, Ph.D., YSM:n genetiikan professori ja Yalen syöpäkeskuksen jäsen. Yalen kantasolukeskuksesta ja Sergi Regot, Ph.D., molekyylibiologian ja genetiikan apulaisprofessori Johns Hopkinsin lääketieteellisestä korkeakoulusta.

Heidän tutkimuksensa tulokset julkaistiin Nature Cell Biology -lehdessä.

Tutkijat tutkivat hiiriä, joille kehittyi ihon okasolusyöpä, joka on toiseksi yleisin ihosyövän tyyppi ihmisillä. Nämä hiiret muokattiin geneettisesti siten, että niillä on syöpää edistävä mutaatio KRAS-geenissä, joka on yksi yleisimmin mutatoituneista onkogeeneistä ihmisen syövissä. KRAS-mutaatioita on löydetty myös keuhko-, haima- ja paksusuolensyövistä.

Tieteilijöiden tutkimia varhaisia muutoksia olivat pienen, epänormaalin kuhmujen kasvu karvatuppissa, mikä luokitellaan syöpää edeltäväksi poikkeavuudeksi. "Näiden varhaisten tapahtumien ymmärtäminen voi auttaa meitä kehittämään lähestymistapoja syövän ehkäisemiseksi lopulta", sanoi tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Xin.

Vaikka heidän tutkimuksensa keskittyi ihosyöpään, tutkijat uskovat, että heidän löytämiään periaatteita voidaan soveltaa moniin muihin KRAS-mutaatioiden aiheuttamiin syöpiin, koska asiaan liittyvät keskeiset geenit ja proteiinit ovat samat eri kasvaimissa.

Enemmän kuin vain solujen lisääntyminen Sekä ihmisillä että hiirillä karvatupet kasvavat jatkuvasti, irrottavat vanhoja hiuksia ja muodostavat uusia. Kantasoluilla, joilla on kyky kehittyä erityyppisiksi soluiksi, on suuri rooli tässä uusiutumisprosessissa. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että KRAS-mutaatiot johtavat lisääntyneeseen kantasolujen lisääntymiseen karvatupissa, ja tämän merkittävän kantasolumäärän kasvun uskottiin olevan syynä syövän esiasteen kudosvaurioon.

KrasG12D aiheuttaa spatiotemporaalisia spesifisiä kudoksen muodonmuutoksia karvatupen uusiutumisen aikana.
a. Kaavio geneettisestä lähestymistavasta KrasG12D:n indusoimiseksi karvatupen kantasoluissa käyttämällä tamoksifeenilla indusoituvaa Cre–LoxP (TAM) -järjestelmää.
b. Kaavio, jossa näkyy KrasG12D-induktion ja uudelleenkuvauksen ajoitus suhteessa hiusten kasvusyklin vaiheisiin.
c. Edustavia kuvia villityypin lepäävistä ja kasvavista karvatupista, jotka sisältävät Cre tdTomato (Magenta) -indusoituvan reportterin induktion jälkeen.
d. Edustavia kuvia kontrolli- ja KrasG12D-karvatuppeista hiusten kasvusyklin eri vaiheissa. Kudosten muodonmuutos tuberkuloiden muodossa ulkojuuren tupen (ORS) osoittaa punaisella katkoviivalla.
e. KrasG12D-karvatuppien osuus kudosten muodonmuutoksesta karvatupen kasvun eri vaiheissa.
f. Yksittäisten KrasG12D-karvatuppien kudosten muodonmuutosten osuus ORS:n ylä-, ala- ja sipuliosasta.
Lähde: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Tämän hypoteesin testaamiseksi ryhmä käytti erityisesti suunniteltua mutatoitunutta KRAS-muotoa, jonka he pystyivät aktivoimaan tiettyinä aikoina eläimen karvatuppien ihosoluissa. Xin ja hänen kollegansa käyttivät mikroskopiatekniikkaa, joka tunnetaan nimellä intravitaalikuvaus, joka mahdollistaa korkearesoluutioisia kuvia elävän kehon soluista ja merkitsee ja jäljittää yksittäisiä eläinten kantasoluja.

Kun KRAS-mutaatio aktivoitiin, kaikki kantasolut alkoivat lisääntyä nopeammin, mutta syöpää edeltävä kuhmu muodostui vain yhteen tiettyyn kohtaan karvatuppissa ja yhdessä kasvuvaiheessa, mikä tarkoittaa, että solujen kokonaismäärän kasvu ei todennäköisesti ollut ei koko tarinaa.

KRAS-mutaation aktivoituminen karvatupissa johti siihen, että kantasolut lisääntyivät nopeammin, muuttivat vaellusmallejaan ja jakautuvat eri suuntiin verrattuna soluihin, joissa ei ollut syöpää edistävää mutaatiota.

Mutaatio vaikuttaa proteiiniin, joka tunnetaan nimellä ERK. Xin pystyi tarkkailemaan ERK-aktiivisuutta reaaliajassa elävien eläinten yksittäisissä kantasoluissa ja havaitsi KRAS-mutaation aiheuttaman spesifisen muutoksen tämän proteiinin aktiivisuudessa. Tutkijat pystyivät myös pysäyttämään syövän esiasteen muodostumisen käyttämällä MEK-estäjää, joka estää ERK-toiminnan.

Lääke pysäytti mutaation vaikutukset solujen migraatioon ja suuntautumiseen, mutta ei yleiseen kantasolujen lisääntymiseen, mikä tarkoittaa, että syövän esiasteen muodostuminen johtuu näistä kahdesta ensimmäisestä muutoksesta eikä lisääntyneestä solujen lisääntymisestä.

Esasyöpää aiheuttavat muutokset kontekstissa Onkogeenisen mutaation vaikutusten seuraaminen reaaliajassa elävässä organismissa on ainoa tapa, jolla tutkijat ovat pystyneet löytämään nämä periaatteet. Tämä on tärkeää, koska syöpä ei muodostu tyhjiössä - sen kasvu ja ylläpitäminen on erittäin riippuvainen mikroympäristöstään. Tutkijoiden täytyi myös seurata yksittäisten solujen käyttäytymisen lisäksi myös soluissa olevia molekyylejä.

"Lähestymistapa, jonka olemme omaksuneet näiden onkogeenisten tapahtumien ymmärtämiseksi, on todellakin asteikkojen yhdistämistä", Greco sanoi. "Puheet ja lähestymistavat, joita tohtori Xin käytti yhteistyössä tohtori Regotin kanssa, antoivat meille mahdollisuuden siirtyä alas molekyylielementteihin ja yhdistää ne solu- ja kudosmittakaavaan, mikä antaa meille ratkaisun näihin tapahtumiin, joita on niin vaikea saavuttaa ulkopuolelta. Elävä organismi."

Tutkijat haluavat nyt seurata prosessia pidemmän ajanjakson ajan nähdäkseen, mitä tapahtuu alkuperäisen kuoppaisuuden muodostumisen jälkeen. He haluavat myös tutkia muita onkogeenisiä tapahtumia, kuten tulehdusta, nähdäkseen, pätevätkö heidän löytämänsä periaatteet muissa yhteyksissä.