Chromosomų nestabilumas vaidina lemiamą vaidmenį progresuojant vėžiui: jis formuoja naviko ląstelių savybes ir skatina atsparumo terapijai vystymąsi. Vokietijos vėžio tyrimų centro (DKFZ), Heidelbergo kamieninių ląstelių instituto HI-STEM ir Europos molekulinės biologijos laboratorijos (EMBL) mokslininkai naudojo naujausius vienos ląstelės analizės metodus, kad ištirtų specifinės formos ląstelių heterogeniškumą. sergant ūmine mieloidine leukemija. Jų duomenys rodo, kaip genetiniai ir negenetiniai veiksniai lemia funkcinį kraujo vėžio ląstelių heterogeniškumą ir atskleidžia naujus gydymo tikslus.
Išvados paskelbtos žurnale Gamtos genetika.
Visų pirma, esant vėžio gydymo atrankos spaudimui, naviko ląstelės patiria tikrą evoliuciją, kad prisitaikytų prie kintančių sąlygų ir dėl to dažnai išvengia terapijos poveikio. Šią evoliuciją esant terapiniam spaudimui lemia genetinių pokyčių ir ne genetinės įtakos derinys. Epigenetinės modifikacijos ir transkripto pokyčiai čia vaidina pagrindinį vaidmenį, skatinant proliferacijos ir išgyvenimo programų pritaikymą ir aktyvavimą.
Dėl to kiekvienam pacientui susidaro itin nevienalytė vėžio ląstelių populiacija, pasižyminti skirtingomis savybėmis, todėl ekspertams beveik neįmanoma nustatyti, kurie ląstelių pokyčiai turi įtakos naviko gebėjimui išgyventi ar jo agresyvumui.
Tai vienodai netaikoma visoms vėžio rūšims. Pavyzdžiui, ypač nukenčia pacientai, sergantys ypatinga kraujo vėžio forma – ūmine mieloidine leukemija su kompleksiniu kariotipu (CK-AML). Šių leukemijos ląstelių chromosomos yra labai iškraipytos: segmentai prarandami, dubliuojami arba įterpiami neteisinga kryptimi.
Ekspertai šią chaotišką būklę vadina chromosomų nestabilumu arba „chromotripsiu“. Prognozė nukentėjusiems žmonėms yra žymiai blogesnė nei AML pacientų, turinčių normalią chromosomų rinkinį, nes jų liga dažnai nereaguoja į jokį iš galimų gydymo būdų.
„Nors visi ekspertai sutinka, kad chromosomų chaosas yra prasto šių leukemijos ląstelių terapinio atsako priežastis, niekas tiksliai nežino, kurie molekuliniai pokyčiai prisideda prie ligos progresavimo ir atsparumo vaistams“, – sako pirmoji šio straipsnio autorė Maija Leppä.
Siekdama sukurti žinių bazę, kuri padėtų kurti geresnius gydymo būdus, komanda, vadovaujama Andreaso Trumppo, HI-STEM direktoriaus ir DKFZ Kamieninių ląstelių ir vėžio skyriaus vadovo, ir Jan Korbel iš EMBL dabar išanalizavo CK-AML nevienalytiškumą ir evoliuciją. precedento neturinčiomis detalėmis. Mėginiai buvo paimti iš aštuonių pacientų prieš pradedant gydymą ir iš dviejų papildomų pacientų prieš gydymą ir po jo.
Molekulinės analizės vienos ląstelės lygiu užfiksavo struktūrinius genominius ir epigenetinius variantus toje pačioje ląstelėje, taip pat transkripto ir ląstelės paviršiaus baltymų tyrimus.
Tyrėjai atskleidė didžiulį ląstelinį ir molekulinį leukemijos ląstelių heterogeniškumą kiekvieno paciento ligos atveju. Kai kuriais atvejais genomas buvo labai pertvarkytas, vienoje vėžio ląstelėje buvo iki 64 struktūrinių genomo aberacijų.
Šešiuose iš aštuonių mėginių buvo rasti keli leukemijos ląstelių subklonai. Klonų evoliuciją taip pat galima atsekti naudojant šiuos analizės metodus. Be linijinės sekos, taip pat buvo labai šakotų vystymosi modelių, kuriuose vienu metu buvo galima aptikti daug subklonų.
Naudodami iš pacientų gautus ksenografus (leukemijos ląsteles, persodintas į susilpnėjusias imunines peles), mokslininkai sugebėjo sekti šių subklonų molekulinę evoliuciją ir ištirti molekulinius pokyčius, nulemtus atskirų klonų dominavimo. Vienas subklonas, kuris sudarė tik apie penkis procentus pradinės AML, pasirodė esąs labai dominuojantis persodintose pelėse ir taip pat buvo atsakingas už paciento ligos atkrytį, o kiti subklonai buvo pašalinti taikant chemoterapiją.
Ex vivo vaistų tyrimo metu buvo nustatytos terapinės alternatyvos kai kuriems subklonams, kurie buvo atsparūs standartiniam gydymui. Pavyzdžiui, klonai, kurie nebereagavo į vaistą venetoklaksą (kuris blokuoja išgyvenimo faktorių Bcl-2), reagavo į vaistą elesklomolį, kuris sukelia oksidacinį stresą leukemijos ląstelėse.
Išilginės pacientų mėginių analizės prieš ir po gydymo pradžios nustatė tam tikrus genominius įvykius kaip ligos atkryčio priežastis. Pavyzdžiui, leukemijos ląstelės su ryškesnėmis kamieninių ląstelių savybėmis ir agresyvesniu augimu išsivystė dėl Ras signalizacijos kelio aktyvavimo, prieš kurį šiuo metu visame pasaulyje kuriamos naujos vaistų klasės.
„Naudodami pažangiausias vienaląsčių analizes galime iliustruoti CK-AML ląstelių heterogeniškumą ir parodyti jo vykstančius evoliucijos procesus. Mūsų darbe pateikiamas modelis, kaip leukemijos kamieninės ląstelės, skatinančios ligos progresavimą ir atsparumas terapijai, gali būti nustatytas anksti ir tikslingas ateityje metastazių, daug tiksliau“, – reziumuoja D. Trumppas.