Zinātnieki izseko agrīnākās fiziskās izmaiņas šūnās, kas izraisa vēzi

Kad tiek diagnosticēts vēzis, šūnu un molekulārā līmenī jau notiek daudzi nepamanīti notikumi. Lai gan klīniskiem nolūkiem vēzis tiek klasificēts agrīnā un vēlīnā stadijā, pat "agrīnas" stadijas audzējs ir daudzu iepriekšēju organisma izmaiņu rezultāts, kuras nebija iespējams atklāt.

Tagad Jeilas Universitātes Medicīnas skolas (YSM) zinātnieki un viņu kolēģi ir ieguvuši detalizētu ieskatu dažās no šīm agrīnajām izmaiņām, izmantojot jaudīgu augstas izšķirtspējas mikroskopiju, lai izsekotu pašas pirmās vēzi izraisošās fiziskās izmaiņas peļu ādas šūnās.

Pētot peles, kurām ir mutācija, kas veicina vēža veidošanos matu folikulos, zinātnieki atklāja, ka pirmās vēža veidošanās pazīmes parādās noteiktā laikā un vietā peļu matu folikulu augšanas procesā. Turklāt viņi atklāja, ka šīs pirmsvēža izmaiņas var bloķēt ar zālēm, kas pazīstamas kā MEK inhibitori.

Komandu vadīja Tiaņči Sjins, PhD, pētnieks YSM Ģenētikas katedrā, un tajā bija arī Valentīna Greko, PhD, ģenētikas profesore YSM un Jeilas Vēža centra un Jeilas Cilmes šūnu centra locekle, un Serdži Regots, PhD, molekulārās bioloģijas un ģenētikas asociētais profesors Džona Hopkinsa Medicīnas skolā.

Viņu pētījumu rezultāti tika publicēti žurnālā Nature Cell Biology.

Zinātnieki pētīja peles, kurām attīstās ādas plakanšūnu karcinoma, kas ir otrais izplatītākais ādas vēža veids cilvēkiem. Šīs peles tika ģenētiski modificētas ar vēzi veicinošu mutāciju KRAS gēnā, kas ir viens no visbiežāk mutētajiem onkogēniem cilvēku vēža gadījumos. KRAS mutācijas ir konstatētas arī plaušu, aizkuņģa dziedzera un kolorektālā vēža gadījumos.

Starp agrīnajām izmaiņām, ko pētīja zinātnieki, bija neliela, patoloģiska izauguma augšana matu folikulā, kas tiek klasificēta kā pirmsvēža anomālija. "Šo agrīno notikumu izpratne var palīdzēt mums izstrādāt pieejas, lai novērstu vēža veidošanos," sacīja pētījuma pirmais autors Sjins.

Lai gan viņu pētījums koncentrējas uz ādas vēzi, pētnieki uzskata, ka atklātie principi varētu tikt piemēroti daudziem citiem vēža veidiem, ko izraisa KRAS mutācijas, jo galvenie gēni un olbaltumvielas, kas iesaistītas šajos procesos, ir vienādas visos audzējos.

Vairāk nekā tikai šūnu proliferācija Gan cilvēkiem, gan pelēm matu folikuli nepārtraukti aug, nometot vecos matus un veidojot jaunus. Cilmes šūnām, kurām piemīt spēja attīstīties dažādos šūnu tipos, ir liela nozīme šajā atjaunošanās procesā. Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka KRAS mutācijas izraisa palielinātu cilmes šūnu proliferāciju matu folikulos, un tika uzskatīts, ka šis lielais cilmes šūnu pieaugums ir atbildīgs par pirmsvēža audu slimību.

KrasG12D izraisa telpiski un laikveidīgi specifiskas audu deformācijas matu folikulu reģenerācijas laikā.
A. Ģenētiskās pieejas shēma KrasG12D inducēšanai matu folikulu cilmes šūnās, izmantojot tamoksifēna inducējamo Cre–LoxP (TAM) sistēmu.
B. Shēma, kurā parādīts KrasG12D indukcijas un atkārtotas attēlveidošanas laiks attiecībā pret matu cikla stadijām.
C. Savvaļas tipa miera stāvokļa un augošu matu folikulu reprezentatīvi attēli, kas satur Cre inducējamo tdTomato (Magenta) reportieri pēc indukcijas.
D. Kontroles un KrasG12D matu folikulu reprezentatīvi attēli dažādos matu cikla posmos. Audu deformācija kā bumbuļi ārējā saknes apvalkā (ORS) ir norādīta ar sarkanu punktētu līniju.
E. KrasG12D matu folikulu ar audu deformāciju īpatsvars dažādos matu folikulu augšanas posmos.
F. Audu deformāciju īpatsvars, kas aizņem ORS augšējo, apakšējo un sīpolaino daļu atsevišķiem KrasG12D matu folikuliem.
Avots: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01413-y

Lai pārbaudītu šo ideju, komanda izmantoja speciāli izstrādātu mutētas KRAS formu, ko viņi varēja aktivizēt noteiktos laikos dzīvnieku matu folikulu ādas šūnās. Sjins un viņa kolēģi izmantoja mikroskopijas tehniku, kas pazīstama kā intravitālā attēlveidošana, kas ļauj uzņemt augstas izšķirtspējas šūnu attēlus in vivo, kā arī iezīmēt un izsekot atsevišķas cilmes šūnas dzīvniekiem.

Kad KRAS mutācija tika aktivizēta, visas cilmes šūnas sāka vairoties ātrāk, bet pirmsvēža veidojums veidojās tikai vienā noteiktā matu folikula vietā un vienā augšanas stadijā, kas nozīmē, ka kopējais šūnu skaita pieaugums, visticamāk, nebija viss stāsts.

KRAS mutācijas aktivācija matu folikulos izraisīja cilmes šūnu straujāku proliferāciju, mainot to migrācijas modeļus un daloties dažādos virzienos, salīdzinot ar šūnām bez vēzi veicinošas mutācijas.

Mutācija ietekmē olbaltumvielu, kas pazīstama kā ERK. Ksins spēja reāllaikā uzraudzīt ERK aktivitāti atsevišķās cilmes šūnās dzīviem dzīvniekiem un atklāja specifiskas izmaiņas šī proteīna aktivitātē, ko izraisīja KRAS mutācija. Pētnieki arī spēja apturēt pirmsvēža veidojuma veidošanos, izmantojot MEK inhibitoru, kas bloķē ERK aktivitāti.

Zāles apturēja mutācijas ietekmi uz šūnu migrāciju un orientāciju, bet ne uz kopējo cilmes šūnu proliferāciju, kas nozīmē, ka pirmsvēža stāvokļa veidošanos veicina šīs pirmās divas izmaiņas, nevis pastiprināta šūnu proliferācija.

Pirmsvēža izmaiņas kontekstā Onkogēnas mutācijas ietekmes izsekošana reāllaikā dzīvā organismā ir vienīgais veids, kā pētniekiem ir izdevies atklāt šos principus. Tas ir svarīgi, jo vēzis neveidojas vakuumā — tā augšana un uzturēšana ir ļoti atkarīga no mikrovides. Zinātniekiem bija arī jāseko līdzi ne tikai atsevišķu šūnu uzvedībai, bet arī šo šūnu molekulām.

"Pieeja, ko esam izmantojuši šo onkogēno notikumu izpratnei, patiesībā ir saistīta ar saikni dažādos līmeņos," sacīja Greko. "Dr. Sjiņa un Dr. Regota izmantotā struktūra un pieejas ir ļāvušas mums nonākt līdz molekulārajiem elementiem, savienojot tos ar šūnu un audu mērogu, sniedzot mums šo notikumu risinājumu, ko ir tik grūti sasniegt ārpus dzīva organisma."

Tagad pētnieki vēlas sekot šim procesam ilgākā laika periodā, lai redzētu, kas notiek pēc sākotnējā izspieduma veidošanās. Viņi vēlas arī pētīt citus onkogēnus notikumus, piemēram, iekaisumu, lai noskaidrotu, vai atklātie principi ir piemērojami arī citos kontekstos.