I brystkræft akkumuleres de vigtigste mutationer i en precancerøs tilstand • Vyacheslav Kalinin • Videnskabsnyheder om "Elements" • Onkologi

I brystkræft akkumuleres de vigtigste mutationer i en precancerøs tilstand.

Fig. 1. Udviklingen af ​​individuelle celler i udviklingen af ​​brystkræft. Ikke-invasiv carcinom i brystkanalerne in situ (DCIS) kommer fra en enkelt celle og dens efterkommere. I nogle af disse celler forekommer mutationer, senere danner de forskellige populationer (kloner, mærket rød, gul og lilla). DCIS kan forvandle sig til invasiv carcinom i brystkanalen (IDC). Forfatterne af den undersøgte forskning har fastslået, at IDC kan stamme fra forskellige kloner af DCIS-celler. Billede fra populær synopsis til artiklen under drøftelse

Amerikanske forskere har med succes kombineret flere kendte teknologier og opnået en ny tilgang til undersøgelsen af ​​individuelle celler af levende væv. De brugte det til at analysere brystets precancerøse tilstand (ductal carcinomas in situ) og dens overgang til kræft (invasiv duktal carcinom). En undersøgelse af 1293 celler fra 10 patienter viste, at større mutationer akkumulerer allerede i den forstadiemæssige tilstand. Den udviklede tilgang kan bruges til en detaljeret undersøgelse af udviklingen af ​​andre celler og kræftformer.

Brystkræft er den mest almindelige kræft hos kvinder. Ca. 10% af kvinder udvikler kræft af denne type før eller senere.Hos mænd sker det også, men meget sjældent. Brystkræft er oftest resultatet af ondartet degeneration af cellerne i brystkirtlen (ductal carcinoma) eller de aktier, hvor der produceres mælk (lobular carcinoma), og i alt 18 former for denne kræft er kendt.

Brystkræft er mere almindelig i udviklede lande. Dette skyldes især karakteristika for sådanne lande et lille antal børn i familier, en reduktion i ammende nyfødtes periode (eller ophør af det), en stigning i forventet levealder (sandsynligheden for sygdom hos kvinder over 65 år er for eksempel 5,8 gange højere, over 65 år og næsten 150 gange højere end 30 år). Ifølge WHO rapporteres over 1,5 millioner nye tilfælde af brystkræft og over 500.000 dødsfald fra det årligt i verden. Samtidig er moderne medicin allerede relativt godt i stand til at klare det: i de udviklede lande er dødeligheden af ​​denne kræft inden for 5 år efter diagnosen ikke mere end 10-20% (i fattige lande er dødeligheden desværre langt højere). Men forskning fortsætter.

Den mest almindelige (det tegner sig for ca. 80% af alle tilfælde) og en velundersøgt form for brystkræft er ductal carcinom.Meget ofte, men ikke altid, forekommer karcinom i brystkirtlens kanaler før kræften. in situ (ductal carcinoma in situ, DCIS), som betragtes som enten en precancerøs tilstand eller et tidligt stadium af kræft. Det opdages normalt ved mammografi, en standardprocedure til undersøgelse af brystet. DCIS kaldes forstadierne, fordi det er en klynge af ondartede celler, der ikke er tilbøjelige til at invasion af nærliggende væv.

Med en sandsynlighed på 10-30% bliver DCIS til et ægte kræft, invasivt ductal carcinom (invasivt ductal carcinom, IDC), hvis celler allerede kan vokse ind i det omgivende væv og danne metastaser. DCIS kan være i latent tilstand i mange år. Det er umuligt at nøjagtigt forudsige dets vækkelse og omdannelse til invasivt karcinom. Derfor anbefales patienter til forebyggende kirurgi efterfulgt af strålebehandling.

Tidligere blev der foreslået to scenarier for denne transformation (figur 2). Ifølge det første scenario udvikler DCIS og IDC parallelt fra normale celler, som uafhængigt af hinanden bliver til maligne celler med forskellige egenskaber. Dette scenario understøttes af undersøgelser, hvor forskellige molekylære markører blev fundet i DCIS og IDC (se for eksempel A.Miron et al., 2010. PIK3CA Mutations in In situ og invasive brystcarcinomer). Ifølge det andet scenario danner forskellige populationer af kloner af maligne celler i DCIS, men kun en af ​​dem passerer gennem flaskehalsen – overvinder kældermembranen og giver anledning til IDC (C. F. Cowell et al., 2013. Progression from ductal carcinoma in situ til invasiv brystkræft: Revideret). Dette scenario understøttes af genomiske undersøgelser, der afslørede lignende mutationer i DCIS og IDC celler. Men det var stadig uklart, hvordan nøjagtigt kanalkarcinom er transformeret. in situ ind i invasiv carcinom. Forskere fra Cancer Center. M. D. Anderson forsøgte at finde ud af det.

Fig. 2. Tre scenarier af ikke-invasiv karcinomovergang in situ (DCIS) til invasiv (IDC) i brystkræft. En – Uafhængig oprindelse af DCIS og IDC parallelt fra forskellige maligniseringskildeceller (N1 og N2 er normale celler, der er blevet til kræft). B – Evolutionær flaskehalsmodel: Forskellige celler i brystkirtlen kanaliserer udviklingen af ​​klonpopulationer, men kun en af ​​dem kan overvinde kældermembranen og give anledning til invasivt karcinom. C – multiklonal invasion: udviklingen af ​​genomerne af usunde celler forekommer inden i brystkirtlens kanal, som følge heraf dannes der flere kloner, som kan give anledning til invasivt karcinom. Figur fra den diskuterede artikel i Cell

DCIS indeholder relativt få celler, og IDC er heterogen (det vil sige dets mutationer i dets celler er for heterogene), så de kendte metoder til sammenligning af egenskaberne af DCIS og IDC var ikke egnede. Forfatterne af det diskuterede arbejde har ændret, forbedret og samlet en række allerede kendte metoder. Resultatet er en ny tilgang kaldet topografisk enkeltcelle-sekventering (TSCS). Med sin hjælp var det muligt at spore, hvilke ændringer der forekommer i genomerne af individuelle celler, når DCIS stammer fra normale celler, og når DCIS omdannes til IDC.

Forskere tog vævsprøver fra patienter med DCIS og IDC, og på histologiske sektioner blev lokalisering af cellerne af disse sygdomme bestemt ved morfologiske forskelle fra normale celler. Også identificerede områder med normalt væv. Derefter blev separate celler skåret ud fra disse områder med en laser, og ved hjælp af en laser blev de overført til separate rør (figur 3). Dette minimerede sandsynligheden for kontaminering af fremmede materialer. Derefter er forskere begyndt at gennemføre genomforskning. Celler blev lyseret og amplificeret med DNA ved anvendelse af PCR med degenererede primere (degenereret oligonukleotidprimeret PCR).

Fig. 3. Skematisk topografisk sekventering af individuelle celler. En – hæmatoxylin-eosin farvet væv sektion. B, C – skære individuelle celler med en laser og overføre dem til reagensglas. D – forberedelse af celler til genomforskning (WHA) Figur fra den diskuterede artikel i Cell

Det resulterende materiale blev analyseret ved fremgangsmåder til høj effektiv sekventering af den nye generation. Således blev 1293 tumorceller opnået fra 10 patienter med brystcancer karakteriseret. Meget effektiv sekventering tillader ikke kun at bestemme sekvensen af ​​DNA-nukleotider, men også at estimere antallet af kopier af forskellige dele af DNA i genomet. Som et resultat blev det afsløret, at både i DCIS-celler og i IDC-celler er der en signifikant variation i antallet af gener af kopier (figur 4).

Fig. 4. op – et eksempel på fordelingen af ​​genomet af det unormale antal kopier af forskellige DNA-sektioner af IDC (invasive) og DCIS-celler (in situ) i forhold til normale celler. Ned nedenfor – den uregelmæssige fordeling af kopier af genomregioner i tre kloner af cancerceller hos en af ​​patienterne og lokalisering af visse gener forbundet med kræftets initiering og progression. Tal i øverste række betegner kromosom tal. Tegninger fra artiklen under drøftelse i Cell

Tabet eller amplifikationen af ​​forskellige regioner af genomet er generelt karakteristisk for cancerceller. Forfatterne udnyttede dette, og sammenlignede variationens profiler i antallet af geneksempler spores overgangen fra normale celler til DCIS og til IDC. Dette blev lettet af det forhold, at mange af regionerne i genomet, hvor en ændring i antallet af kopier blev observeret, er forbundet med dannelsen og progressionen af ​​tumorer.

I fire patienter viste IDC sig for at være efterkommere af en klon af DCIS-celler, og i de andre seks, efterkommere af flere (fra to til fem) forskellige kloner af DCIS-celler. Men i alle tilfælde opstod cellerne fra både DCIS og IDC fra en enkeltforælders normale celle (figur 1), og yderligere anomalier af genomet i forskellige kloner akkumulerede på grund af genetisk divergens. De opnåede resultater er pålidelige, da mere end tusind individuelle celler fra 10 patienter blev undersøgt.

Derefter gennemførte forfatterne en detaljeret sekventering af de genomer, som koder for proteiner for at sammenligne sæt af punkt "cancerous" mutationer. I både DCIS- og IDC-celler blev der fundet en gennemsnitlig 23 mutationer, som kan relateres til kræftets initiering og progression.Især blev mutationer fundet i generne TP53, PIK3CA, NCOA2, ABL2, PDE4DIP, AHNAK, RUNX1. Men i IDC-celler blev der ikke observeret statistisk signifikant akkumulering af nye mutationer sammenlignet med DCIS. Derfor opstod næsten alle "malignitet" allerede under dannelsen af ​​DCIS.

Således udviklede forfatterne en ny integreret tilgang til sekventering af DNA fra individuelle celler og brugte den til at analysere udviklingen af ​​genomet af cancerceller i de tidlige stadier af brystkræft. Det viste sig, at evolutionens vigtigste begivenheder – omorganisering af cellegenomet og akkumulering af mutationer, der er karakteristiske for kræft – allerede opstår under dannelsen af ​​den forstadiemæssige tilstand (DCIS), dvs. før cellerne erhverver evnen til invasiv vækst (selve kræften, invasiv karcinom i kanalerne – IDC) . Alle kloner af både precancerøse og cancerøse celler synes at stamme fra en enkelt normal modercelle. Begge en og flere kloner af DCIS-celler kan erhverve evnen til invasiv vækst. Denne model, der hedder "multi-klonal invasion", adskiller sig væsentligt fra de tidligere foreslåede modeller for uafhængig udvikling og evolutionær "flaskehals".

Men vigtige spørgsmål forbliver uløst.Mens der ikke er noget svar på hovedspørgsmålet: Hvad initierer overgangen af ​​tilsyneladende uskadelig precancerøs tilstand (DCIS) til aggressiv karcinom IDC? Da denne overgang ikke altid er tilfældet, er der måske to former for DCIS: lav og høj risiko for omdannelse til IDC. Det vil være nødvendigt at identificere subtile forskelle mellem dem. Det kan være muligt at finde dem på ekspressionsniveauet for bestemte gener eller i niveauet af epigenetiske forskelle i chromatin, for eksempel DNA-methylering eller histoner, der påvirker ekspressionen af ​​bestemte gener. Og den tilgang, som amerikanske onkologer foreslår i det diskuterede arbejde, bør ikke kun hjælpe yderligere forskning om dette emne, men kan med succes anvendes til undersøgelsen af ​​celler og deres udvikling i andre onkologiske sygdomme – det er ikke tilfældigt, at dette smykkearbejde blev offentliggjort i den mest autoritative journal om molekylær biologi.

kilder:

1) A. K. Casasent et al. Multiklonal invasion i brysttumorer identificeret ved topografisk singlecellsekvensering // Cell. 2018. DOI: 10.1016 / j.cell.2017.12.007.
2) D. S. Micalizzi, S. Maheswaran. På sporet af invasive celler i brystkræft // Naturen. 2018. (Populære synopsis for artiklen under drøftelse).

Vyacheslav Kalinin


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: