Исследователи пришли к выводу, что рак — это заболевание, вызванное теми же силами, которые, по предположению Дарвина, «выживают более приспособленные», управляли эволюцией жизни на Земле. Однако в случае опухолей отдельные клетки постоянно развиваются по мере продвижения стадии опухоли. Подвижные раковые клетки, вызывающие метастазы, являются смертельным исходом этого процесса.
Опухоли также различаются у пациентов с одним и тем же типом рака, поэтому как врач может назначить пациенту индивидуальный режим лечения? Чтобы приступить к решению этой головоломки, междисциплинарная группа из Медицинской школы Перельмана и Школы Уортона при Университете Пенсильвании разработала Canopy, подход, позволяющий вывести эволюционный путь опухолевых клеток путем изучения двух типов мутаций — изменений числа соматических копий. и однонуклеотидные изменения — полученные из нескольких образцов, взятых у одного пациента. Они продемонстрировали этот подход на образцах лейкемии и рака яичников, а также на образцах линии клеток рака груди человека.
В целом, эволюция опухоли включает в себя накопление мутаций всех типов, коллективно влияющих на приспособленность опухолевых клеток.Команда: Ючао Цзян, докторант программы «Геномика и вычислительная биология», Ю Цю, доктор философии, научный сотрудник лаборатории соавтора Энди Минн, доктор медицины, доцент кафедры радиационной онкологии, и Нэнси Р Чжан, доктор философии. , адъюнкт-профессор статистики в школе Wharton, опубликовал свои выводы в Интернете в раннем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.«Структура опухоли для данного пациента часто представляет собой смесь нескольких различных популяций клеток, которые различаются по генетическому составу, экспрессии генов и физиологии», — сказал Цзян. «Эта неоднородность способствует неудачам таргетных методов лечения и устойчивости к лекарствам, основанной на старом представлении о том, что опухоли представляют собой однородные массы».
Однако Canopy принимает во внимание эти различия, поскольку использует данные из нескольких срезов одной и той же опухоли в пространстве и времени, в отличие от отбора образцов в одном месте в один момент времени, как это делается в настоящее время в большинстве исследований секвенирования. Canopy — это программное обеспечение с открытым исходным кодом, поэтому онкологи смогут использовать его для выявления потенциальных биомаркеров для различных популяций раковых клеток в образцах опухолей, которые, помимо других характеристик, связаны с лекарственной устойчивостью и инвазивным злокачественным новообразованием.
«Данные, вводимые для Canopy из клиники, будут поступать из образцов тканей одного и того же пациента — из нормальной ткани и из разных мест на опухоли и в разное время», — сказал Цзян. «Затем Canopy можно использовать для вывода эволюционной истории опухоли, чтобы лучше понять, как опухоль развивалась, и найти потенциальные биомаркеры». Цель Canopy — помочь новым пациентам на ранней стадии, используя биомаркеры для установления правильного диагноза и прогноза.Команда также использовала модели на животных, чтобы уточнить свое понимание модели метастазирования рака груди.
После инъекции клеток рака груди человека мышам они наблюдали, где метастазировали клетки первичного рака груди — в легкие, кости или другие ткани. Образцы сайт-специфических метастазов, а также первичные линии раковых клеток были секвенированы путем секвенирования всего экзома, на основании которого были профилированы соматические однонуклеотидные изменения и мутации числа копий. Взаимоотношения, восстановленные с помощью Canopy, показали, что по сравнению с клеточными линиями первичного рака груди образцы метастазов из разных органов имели различные генотипические паттерны.
Канопи идентифицировал мутации, специфичные для участков метастазирования, для этой специфической линии клеток злокачественного рака молочной железы. Концепция, лежащая в основе этого экспериментального исследования, может быть применена к более крупным исследованиям с целью выявления геномных изменений, которые служат прогностическими маркерами развития отдаленных метастазов.
Назначая типы мутаций различным частям «эволюционного древа» опухоли, онкологи смогут предсказать место и тяжесть метастазов и, возможно, лучшие курсы лечения. Применение Canopy к большему количеству образцов — одно из будущих направлений команды.
Кроме того, говорит Чжан, недавние достижения в области секвенирования отдельных клеток делают возможным изучение опухолей на уровне отдельных клеток. Однако надежное одновременное профилирование числа копий и одиночных нуклеотидных мутаций с помощью секвенирования одной клетки все еще находится в зачаточном состоянии. «Наша работа показывает, что традиционное массовое секвенирование может привести к точной идентификации субклона опухоли, если исследователь захочет секвенировать несколько срезов ткани», — сказала она. «Объемное секвенирование ткани может сыграть важную роль в нашем понимании неоднородности опухоли, и в ближайшие годы необходимо лучше изучить экспериментальные конструкции, сочетающие отбор образцов ткани и анализ отдельных клеток».