單細胞水平上的結直腸癌內腫瘤多樣化

最新 06-23

最近《NATURE》發表了一片ARTICLE。從同一腸癌的多個單細胞中獲取永生細胞系，並與同一個體同組織的正常細胞比較，以全面、系統、綜合地探索腫瘤內的多樣分化情況。

摘要：每個癌症都來源於單個細胞。在腫瘤細胞群擴增期間，個體細胞彼此獲得遺傳和表型差異。在此，為了研究腫瘤內多樣化的性質和範圍，作者鑒定了來自三個結腸直腸癌以及相鄰正常腸隱窩的多個單細胞的類器官。結直腸癌細胞顯示出廣泛的突變多樣性，並且比正常結腸直腸細胞攜帶多倍的體細胞突變。大多數突變是在癌症的最終顯性克隆擴增期間獲得的，並且是由正常結腸直腸細胞缺乏的突變過程引起的。也發生了DNA甲基化和轉錄組狀態的腫瘤內多樣化;這些改變是細胞自主的，穩定的，並且遵循每種癌症的進化樹。甚至在同一腫瘤密切相關的細胞之間對抗癌藥物的反應都有著顯著差異。結果表明，與正常結直腸細胞相比，結腸直腸癌細胞體細胞突變率顯著增加，並且每種癌症的遺傳多樣性伴隨著個體癌細胞的生物學狀態的普遍，穩定和遺傳差異。

克隆類器官衍生

作者從三個未經治療的個體（P1，P2和P3）獲得正常腸組織塊，並將結腸直腸癌切成4-6塊。從每一塊的細胞液中獲得類器官培養物，並提取單克隆細胞。進行已知癌症基因編碼區測序或全基因組測序。並提取突變signature並估計每個signature對系統發育樹的每個片段的貢獻（signature1，5，6，17，18，20以及未知signature）。

體細胞突變的進化樹，突變signature

在來自三名患者的正常結腸上皮的克隆類器官中沒有觀察到驅動突變或MLH1甲基化。

P1樹榦中BRAF（V600E），PIK3CA（E81K）和ACVR2A（蛋白質截短小indel）中可能的驅動突變。PTEN和RNF43中可能存在僅限於樹分支子集的驅動截短突變。

在P2中，癌症幹細胞中存在兩種蛋白質截短的APC突變和一種純合剪接位點TP53突變。

P3中，KRAS突變（A146T）和兩個截短的APC突變存在於癌症幹細胞中，並且TP53框內缺失存在於一部分分支中。

singnature在三個癌症的進化樹中的作用不同。P1中突變主要是signatures 6, 20, 26 and indels。P2中主要是, signatures 5, 17, 18, and indels; P3中是 signatures 5, 18, indels 和一種新的signature。

每個癌症類器官組織中的signature1突變比同個體的正常類器官中的更多。假設在腫瘤細胞增殖過程中，正常細胞中特徵1突變數目和有絲分裂數目之間的類時鐘相關性維持在相同的速率，那麼估計P1的癌細胞經歷了1.9（±0.5）（SD ）倍於正常細胞的倍數，P2癌細胞2.5倍（±0.2）倍，P3癌細胞1.7倍（±0.2）倍。癌症細胞中signature1突變增加的另一種解釋是癌細胞中DNA甲基化增加。在系統發生樹的遠端分支（即癌症分化最近階段），每個有絲分裂的鹼基置換突變率顯著增加，P1（存在DNA錯配修復缺陷）估計為正常的100倍，P2和P3（DNA錯配修復完善）中的10倍。因此，假設對這些以往有絲分裂的估計是正確的，鹼基置換，indel和基因組重排突變率隨時間的增加也能代表每個有絲分裂中的突變率增加。

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