Принимая меланому, по одной клетке за раз

Анализ отдельных клеток – это новаторский подход, который в настоящее время используется в биологических областях для изучения общей проблемы: как изучать клеточное разнообразие в клеточной среде с гетерогенными популяциями. Такое разнообразие может иметь серьезные последствия для выживания и размножения клеток, ответа на лекарственные препараты и вмешательства, а также для множества других биологических процессов. Одноклеточные методы уже использовались для различных исследований – например, для изучения гетерогенности иммунного ответа при аутоиммунном заболевании, для изучения взаимодействия хозяин-патоген при инфекционном заболевании и для изучения человеческого транскриптома. В настоящее время он используется для исследования раковой ткани – разнообразной и сложной клеточной среды, которая часто ставила исследователей в тупик.

За последние два года компьютерные биологи и эксперты по клеточным схемам из Klarman Cell Observatory (KCO) под руководством Авива Регева, основного члена института Броуд, профессора биологии Массачусетского технологического института и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза, объединили свои усилия с раком. Исследователи из лаборатории члена института Броуда Леви Гарравея, директора Объединенного центра точной медицины рака (CCPM) Института рака Дана-Фарбер, Бригама и женской больницы и Института Броуда, взяли на себя эту задачу.

Работая с соруководителями исследования – пионером одноклеточного анализа Алексом Шалеком, адъюнкт-профессором Массачусетского технологического института и ассоциированным членом Broad, а также заместителем директора KCO Орит Розенблатт-Розен – команда впервые изучила меланому, самую смертельную форму рака кожи. Их усилия, подробно описанные на этой неделе в статье, опубликованной в Science, помогают разгадать разнообразную клеточную экосистему опухолей, обеспечивая понимание не только гетерогенности раковых клеток в опухолях, но также Т-клеток и других клеток, которые могут влиять на рак. поведение и реакция на лечение.

Я сел с соавторами статьи Итаем Тирошом, научным сотрудником лаборатории Регева, и Бенджамином Изаром, научным сотрудником лаборатории Гарравея, который также был соавтором научной статьи. Они обсудили свои выводы и перспективы применения одноклеточного геномного анализа в исследованиях рака.

Чем этот одноклеточный подход отличается от предыдущих методов, которые использовались для анализа генома рака??

Бен Изар

: До сих пор ученые в основном занимались "масса" секвенирование опухоли, в основном с использованием секвенирования РНК или ДНК для анализа генома или транскриптома рака путем изучения целых фрагментов опухолевой ткани. В частности, для секвенирования РНК выполнение этих массовых анализов ограничено, потому что то, с чем вы работаете, представляет собой мешанину из опухолевых клеток, иммунных клеток, фибробластов, макрофагов – всех типов клеток, которые смешаны вместе, которые могут или не могут способствовать развитию рака. прогрессирование и лекарственная устойчивость.

Итай Тирош

: Эти разные клетки имеют очень разные паттерны экспрессии генов, которые в основном были усреднены в типичных условиях "масса" процесс секвенирования; все они были смешаны вместе таким образом, что мы не могли анализировать отдельные типы клеток. Наш одноклеточный метод позволяет нам исследовать всю опухоль по одной клетке за раз, чтобы определить, какие типы клеток присутствуют. Хотя мы изучали рак, эта работа заключалась не только в анализе злокачественных клеток, но и в анализе всех типов клеток внутри опухоли. Это первый раз, когда это было сделано. И теперь, когда мы знаем состав каждой опухоли и знаем, каков профиль экспрессии для каждого типа клеток, мы можем вернуться и повторно проанализировать некоторые из этих данных об объемных опухолях (например, из Атласа генома рака), чтобы вычислить исходя из существующих данных о том, как типы ячеек могут взаимодействовать – чтобы как бы реконструировать все поведение объемной выборки из компонентов.

Что побудило вас объединиться и приступить к этому исследованию?

Изар

: Два года назад у нас была встреча – члены лаборатории Леви Гарравея и члены KCO – чтобы обсудить, как мы могли бы применить некоторые из одноклеточных технологий, впервые разработанных Обсерваторией, для исследования рака в контексте точной медицины. У нас был вопрос: можем ли мы использовать эту технологию в качестве инструмента для трансляционных исследований, который в конечном итоге может быть использован для информирования о лечении пациентов??

Тирош

: Single-cell RNA-seq был относительно новым методом в то время – он все еще является относительно новым – но одна из основных проблем, которые, как мы думали, может помочь решить, связана с клеточным разнообразием в опухолях. Основная причина, по которой мы хотим понять это разнообразие, заключается в том, что, когда врачи лечат рак, некоторые пациенты реагируют на лечение, а другие нет, и даже если есть хороший ответ, рак часто возвращается. Мы не понимаем, почему, возможно, одни клетки убиваются, а другие нет, но было подозрение, что эта вариабельность связана с клеточным разнообразием внутри опухолевой среды.

А что вы узнали о меланоме из своего исследования?

Тирош

: Лаборатория Леви изучает меланому и лекарственную устойчивость в течение нескольких лет. Один из механизмов, который они показали при меланоме с мутациями в гене BRAF, заключается в том, что клетки, которые уничтожаются лечением, предпочтительно экспрессируют путь, содержащий ген MITF, главный регулятор меланоцитов, типа клеток, которые находятся в коже. Другие клетки, которые не убиваются этим препаратом, выражают другую программу. Один из основных генов в этой программе – AXL. Мы обнаружили, что, когда вы смотрите на опухоли, вы можете не только классифицировать их на те, которые в основном экспрессируют MITF, и те, которые в основном экспрессируют AXL, но, если более глубоко взглянуть на отдельные клетки, вы увидите, что каждая опухоль имеет оба типа клеток. , и мы можем измерить пропорции.

Изар

: Это означает, что обычными методами, если вы выполняете массовое секвенирование РНК на опухоли, подавляющий сигнал может сказать вам, что он содержит клетки, которые экспрессируют программу MITF, что указывает на то, что пациент чувствителен к лечению. Но уже где-то там спрятана небольшая часть экспрессирующих AXL клеток, которые в конечном итоге вызовут рецидив рака у пациента. Одним из возможных последствий этого открытия было бы увидеть, сможем ли мы разработать стратегию лечения, чтобы попытаться также убить те немногие клетки, которые в конечном итоге вызовут этот рецидив.

Тирош: И затем, как мы уже говорили ранее, мы посмотрели не только на раковые клетки, но и на множество других типов клеток, особенно на Т-клетки иммунной системы, и мы смогли начать описывать специфические пути в Т-клетки, которые могут отражать или вызывать дисфункцию. Что мы обнаружили, анализируя Т-клетки, которые являются мишенью иммунотерапии, так это то, что в популяции Т-клеток есть некоторые клетки, которые могут быть более восприимчивыми к этому лечению.

Была ли причина, по которой вы впервые попробовали этот подход при меланоме??

Изар

: Одна из причин заключается в том, что в прошлом лаборатория Levi’s интенсивно изучала меланому, но мы также выбрали этот рак для нашего исследования, потому что меланома очень хорошо генетически определена. Кроме того, в последние годы картина лечения меланомы изменилась. В настоящее время существуют эффективные целевые методы лечения рака, а также методы лечения, которые задействуют иммунную систему (ингибиторы иммунных контрольных точек), которые мы используем для лечения болезни.

Около 50 процентов пациентов с меланомой имеют мутации BRAF, о которых упоминал Итай. Существуют таргетные методы лечения, которые первоначально уменьшают опухоли у большинства этих пациентов, но, к сожалению, эти опухоли неизменно развивают резистентность и рецидивы рака. С другой стороны, иммунотерапия может привести к длительной ремиссии, но только часть пациентов получает пользу от этих препаратов, и на сегодняшний день неясно, как лучше всего определить пациентов, которые будут или не будут реагировать на такие методы лечения. Итак, мы хотели ответить на следующие вопросы: что происходит на клеточном уровне, что позволяет раку вернуться, и каковы характеристики раковых и иммунных клеток, которые могут идентифицировать пациентов, которые будут реагировать на ингибиторы иммунных контрольных точек?

Вы упомянули иммунотерапию ранее. Не могли бы вы объяснить, как иммунотерапия работает при раке и как Т-клетки вписываются в общую картину??

Изар

: Считается, что у всех нас время от времени могут быть аберрантные клетки, такие как раковые клетки, но наша иммунная система, как правило, способна их отследить и отсеять. Однако, если раковые клетки найдут способ подавить нашу иммунную систему, у них появится шанс вырасти. Наблюдение за тем, что раковые клетки могут это делать, – что они могут активно модулировать нашу иммунную систему и мешать ей выполнять свою работу, – имело трансформирующий эффект. Это открыло возможность использования иммунотерапии для борьбы с раком. Когда я объясняю это своим пациентам, я говорю им, что эти ингибиторы иммунных контрольных точек – иммунотерапевтические препараты, которые мы им даем, – на самом деле не убивают рак напрямую, как традиционные химиотерапевтические препараты; вместо этого представьте, что раковые клетки сломали руку на "автомобиль" это собственный эндогенный иммунитет организма. Что делают эти иммунотерапевтические препараты, так это освобождают руку, чтобы наши Т-клетки могли разгоняться, находить раковые клетки и убивать их.

Меланома – отличный пример рака, который реагирует на этот тип лечения, но есть и другие виды рака, такие как рак толстой кишки или рак поджелудочной железы, которые редко поддаются иммунотерапии. Таким образом, мы не только изучаем Т-клетки, чтобы попытаться понять, почему одни пациенты с меланомой реагируют на терапию, а другие – нет, но мы также хотим понять, при разных типах рака ведут себя одинаково Т-клетки при онкологических заболеваниях, которые реагируют на иммунотерапию, по сравнению с теми. которые не реагируют на иммунотерапию.

Значит, вы уже смотрите на другие типы опухолей?? Что дальше для вашего исследования?

Тирош

: Мы ищем другие типы опухолей. Мы с Беном тесно работаем над другими проектами и успешно применяем одноклеточные технологии для лечения рака яичников и рака толстой кишки, в то время как другие сотрудники KCO и CCPM расширяют этот подход для многих дополнительных типов опухолей, таких как рак поджелудочной железы и рак груди. Мы задаем одни и те же основные вопросы, но каждый тип опухоли имеет свои уникальные особенности, которыми руководствуются эти проекты. Кроме того, мы начинаем спрашивать, как изменится клеточный состав этих опухолей после лечения и будут ли они повторяться.

Изар

: Теперь, когда мы показали, что этот подход работает в тканях пациента, нам нужно спросить, как мы можем внедрить что-то подобное в уход за пациентами. Следующим шагом является проверка его в проспективных исследованиях, чтобы определить, могут ли наши алгоритмы помочь определить, какие пациенты будут реагировать на лечение, а у каких с большей вероятностью разовьется резистентность к лечению. Если мы сможем продемонстрировать возможность одноклеточной последовательности РНК в контексте различных типов рака, мы будем на один шаг ближе к достижению нашей конечной цели – использовать эту технологию для оказания помощи пациентам.

4 комментария к “Принимая меланому, по одной клетке за раз”

Оставьте комментарий