如何查明癌细胞是否会变得具有攻击性？
发布日期：2023-10-08宾夕法尼亚大学的研究人员，使用一种基于CRISPR-Cas9系统的新技术，来精确追踪癌细胞的谱系。他们发现一个克隆（用大圆圈表示）开始支配转移细胞。通常是癌症的扩散，而不是原始肿瘤，导致这种疾病更致命的风险。“然而，转移是癌症生物学中、更不为人知的方面之一，”医学博士KamenSimeonov说。
在一项新研究中，由Simeonov和兽医学院教授ChristopherLengner领导的团队通过跟踪转移细胞的发展，在加深这种理解方面取得了长足的进步。他们的工作使用胰腺癌小鼠模型和尖端技术，来追踪单个癌细胞的谱系和基因表达模式。他们在出现的细胞中发现了一系列攻击性，其中细胞可能在一端留在原发肿瘤处，而那些更有可能移动到新部位并在另一端定植其他组织。研究人员发现，在转移并在胰腺以外的组织和器官中生长的细胞中，大多数细胞具有共同的谱系。“通过构建用于体内探测癌症转移的精确工具，我们能够观察到以前无法获得的信息类型，”Simeonov说。
“我们能够使用这种谱系追踪方法，根据细胞的转移程度对细胞进行排序，然后将这些行为差异与基因表达变化联系起来。”该小组的研究结果，发表在《癌细胞》杂志上，表明不仅基因突变可以推动癌症的扩散；单细胞RNA分析结果强调了基因表达模式，哪些基因细胞打开和关闭，在疾病结果中起着关键作用。
虽然科学家们已经描述了数百种，与驱动正常细胞癌变相关的基因突变，但他们在识别使癌细胞发生转移的突变方面，并没有取得同样的成功。一种可能性，可能是该过程取决于突变以外的因素，或者取决于聚集在一起的如此多的异常，以致于签名难以解决。为了更好地了解伴随转移的生物学变化，Simeonov、Lengner及其同事旨在使用进化的条形码（也称为CRISPR谱系追踪）仔细跟踪这一过程，从而能够重建细胞系谱。他们将其与单细胞RNA测序相结合，以获得每个细胞中开启的基因的图片。
为了追踪谱系，研究人员开发了一种新方法，使用CRISPR/Cas9来诱变合成引入的DNA序列，作为细胞条形码。然后将这些工程化的癌细胞注射到小鼠体内并使其转移。当癌症在宿主小鼠中发展和扩散时，细胞条形码被CRISPR/Cas9随机“编辑”。Simeonov说，由此产生的条形码编辑模式，可用于“重建癌细胞的系统发育树，因为它们已经在全身扩散和转移。”
研究人员观察了两只小鼠多个器官的大约28，000个癌细胞，能够看到随着癌症从胰腺扩散到其他器官和组织，每个细胞都开启了哪些基因。他们还追踪了细胞在体内分布的位置，以查看特定谱系是否比其他谱系更容易发生转移。“因此，对于所有这些细胞，我们知道它们在体内的位置，我们有一个衡量它们转移程度的指标，然后我们还有它们的转录组，”或RNA分子目录，Simeonov说。
“这个基因家族的表达，似乎在不同的群体中传播，并增强了在可能与EMT互补的过程中转移的能力，”Simeonov说。在未来的工作中，Simeonov、Lengner及其同事希望进一步研究转移过程，同时探索应用这种谱系追踪工具的新途径，例如检查发育过程、干细胞生物学或再生过程，肺或肠组织。“我们希望，我们的方法能够探索和回答以前无法解决的问题，”Simeonov说。
