Con il nuovo metodo, i ricercatori possono dedurre come i tumori si evolvono e la diffusione

Aprile 15, 2016 Admin Salute 0 6
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Un nuovo metodo di analisi tumori sviluppati dagli scienziati del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) suggerisce che i tumori non possono evolvere gradualmente, ma piuttosto a raffica punteggiate o staccato simili. Si tratta di una scoperta che ha già gettato nuova luce sul processo di crescita tumorale e metastasi, e può contribuire allo sviluppo di nuovi metodi per la valutazione clinica dei tumori.

Il nuovo metodo analitico, ideato da CSHL Professor Michael Wigler e colleghi, presenta un processo chiamato singola cella sequenziamento (SNS), che consente la quantificazione accurata del numero di copie genomico all'interno di un unico nucleo cellulare. Numero di copie Genomic si riferisce alla quantità di DNA nel nucleo. Nel cancro, porzioni del genoma sono amplificati o cancellati, dando luogo a copie extra o mancanti di geni chiave e interferendo con i meccanismi che controllano la crescita delle cellule normalmente.

In uno studio pubblicato sulla rivista Nature, "abbiamo dimostrato che possiamo ottenere un profilo del numero di copie accurate e ad alta risoluzione per il sequenziamento di una singola cellula da un tumore canceroso", dice Wigler ", e che, esaminando più celle dalla stessa cancro, possiamo fare inferenze su come il cancro si è evoluto e la diffusione. " La squadra CSHL comprende anche il professor W. Richard McCombie, Assistant Professor Alex Krasnitz e Research Professor James Hicks. Nicholas Navin, primo autore della carta, era uno studente laureato pur perseguendo la ricerca presso CSHL ed è ora professore assistente presso MD Anderson Cancer Center in Texas.




L'importanza di eterogeneità del tumore

È stato molto difficile per gli scienziati tradurre la loro crescente capacità di classificare i tumori a livello molecolare in metodi e test che può essere usato in clinica per analizzare tumori nei pazienti reali. Ma la ricerca di base ha fermamente stabilito che il cancro è estremamente eterogenea, il che significa che i tumori di un certo tipo, ad esempio i tumori del seno o ai polmoni o del colon, possono essere suddivisi in diversi sottotipi distinti. Marcatori unici sono stati trovati in un certo numero di sottotipi di cancro, come anormalmente alti livelli della proteina recettore codificata dal gene HER2neu, che in un sottoinsieme dei casi di cancro al seno è un fattore causale in oncogenesi. Il recettore HER2neu è l'obiettivo per il farmaco pionieristico Herceptin ™ (Genentech Roche).

Nello studio appena pubblicato della squadra CSHL, i due tumori campionati erano conosciuti in anticipo - a causa di una precedente studio - per rappresentare tipi distinti. Entrambi erano invasive tumori al seno primari del tipo cosiddetto "triplo negativo", generalmente considerato come la forma più aggressiva di cancro al seno. Un campione di tumore era noto da test prima di essere polygenomic: composto da popolazioni distinte di cellule tumorali, il cui numero, il tipo genomico e storia evolutiva non erano facilmente misurabili con tecniche convenzionali. L'altro tumore campionato era monogenomic: composto da cellule di tipo genetico unico. A differenza del primo campione, aveva metastatizzato, al fegato, e campioni di tumore che sono stati sottoposti ad analisi.

Utilizzando SNS, di concerto con tutto il genoma di amplificazione e sequenziamento di prossima generazione, il team CHSL era in grado di dimostrare che in realtà erano presenti tre distinte sottopopolazioni di cellule tumorali. "Per SNS potremmo ora vedere che ognuno di questi sottopopolazioni era composto di cellule che hanno condiviso molto simili profili del numero di copie", dice Navin. "Potremmo dedurre che queste probabilmente rappresentano tre distinti espansioni clonali del tumore."

Popolazioni clonali distinte come evolutivi "vincitori"

Cancro è da tempo inteso come una malattia clonale a livello cellulare, con quello che in termini evolutivi potremmo chiamare "di successo" le cellule tumorali che fornisce il modello genetico per la prossima generazione della prole delle cellule tumorali. Le cellule tumorali che compongono il clone maligno in rapida espansione, si pensa, sono quelli più in grado di sopravvivere in un ambiente ostile del tumore in crescita, in cui le cellule immunitarie del corpo sono migrati e forse sono stati introdotti farmaci chemioterapici tossici. Questo è un modo per capire il motivo per cui i tumori sono così difficili da combattere, e perché sono in grado di sopravvivere anche l'applicazione di terapie citotossiche. In breve, le cellule tumorali sono spesso in grado di evolversi intorno a questi.

E 'stato ipotizzato che le popolazioni di cellule tumorali geneticamente eterogenee diventano mescolato con graduale evoluzione. La squadra CSHL, al contrario, suggerisce l'evoluzione è probabile punteggiato. "E 'una questione molto complicata per cercare di determinare l'evoluzione genetica di un determinato tumore", dice Hicks della squadra CSHL. "I diversi gruppi di cellule sono geograficamente e anatomicamente intrecciati. In termini evolutivi, si potrebbe pensare a loro come distinte ma mescolati 'tribù' o sottospecie. E 'importante tenere a mente che i tumori sono luoghi caotici. C'è sempre una certa quantità di caotica evoluzione in atto, alcuni dei quali riflette nella riorganizzazione dei cromosomi e alcuni in singoli cambiamenti base-coppia nel DNA delle cellule tumorali singole. Ma i nostri risultati, anche se basata finora su un campione limitato, suggeriscono che i grandi eventi espansione clonale sono relativamente rari e possono fornire obiettivi accessibili per i trattamenti mirati "

Implicazioni per la comprensione delle metastasi

Il secondo campione cancro al seno analizzato dal team è stata di un solo tipo genomico, ma il team è stato in grado di determinare che la metastasi epatiche a cui aveva dato luogo era molto strettamente connessi, in termini genomici. "I dati suggeriscono la massa tumorale primaria formata da un unico espansione clonale e che una delle celle di questo evento successivamente seminato il tumore metastatico, con poco ulteriore evoluzione," secondo Navin. "Sebbene strettamente correlati, cellule tumorali primari e metastatici sono stati separati in modo pulito, indicando a noi che le due popolazioni non erano mescolati" dall'origine delle metastasi. Inoltre, ha osservato, "differenze nei profili che contraddistinguono le popolazioni tumore primitivo e metastasi erano in grado di numero di copie cambia."

Un metodo chiamato analisi cromosomica breakpoint era il mezzo con cui la squadra ha tratto conclusioni circa i rapporti tra varie sottopopolazioni di cellule tumorali. "La storia della cella è scritto in questi punti di interruzione", spiega Hicks. "Loro sono il prodotto di eventi mutazionali, i riarrangiamenti di DNA che si sono verificati, e non vanno via." In generale, questi eventi sono additivi, un concetto chiave che ha permesso la squadra CSHL dire che la provenienza genetica di una cella è scritta nel suo DNA. La storia evolutiva del campione di tumore polygenomic studiata è stata tracciata, monitorando 657 breakpoints cromosomiche distinti. Le cellule tumorali di tutti e tre cloni "sottospecie" condivise circa la metà degli eventi mutazionali; solo una frazione condiviso altro numero significativo di mutazioni; e una frazione ancora più piccola ha condiviso l'ennesima ondata di mutazioni.

Una frazione significativa di cellule tumorali - fino al 30% - conteneva una combinazione di DNA delezioni e aggiunte che li rendeva appaiono normali, in termini del loro contenuto di DNA totale. Queste cellule, chiamate "pseudodiploid" dai ricercatori, sembrano essere cancerosa, ma non fanno parte delle grandi espansioni clonali. Metodo della squadra fornisce i primi mezzi d'identificazione di tali cellule, che non sono distinguibili utilizzando metodi convenzionali di caratterizzazione tumorale. Un'ipotesi sostiene che tali cellule sono potenziali fonti di eventi clonali futuri; un'altra, che potrebbe essere importante nel processo di metastasi.

"Vogliamo sapere come una metastasi cresce", ha detto Hicks, "e ora abbiamo la possibilità di farlo a un livello molto dettagliato. In un tipico prelievo di sangue prelevato da un malato di cancro, è in genere vedi tra cinque e 20 circolanti cellule tumorali, un segno di metastasi. saremo in grado di guardare ognuno di loro e vedere se, per esempio, c'è un nuovo clone che è diversa dalle popolazioni di cellule nel tumore primario. Lavorando a livello granulare, cella per cella, possiamo guardare in profondità in una metastasi e vedere come sia arrivato costruito ".

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