Los científicos desarrollan un nuevo método para el rastreo del linaje unicelular del cáncer metastásico



A menudo, es la propagación del cáncer, no el tumor original, lo que representa el riesgo más mortal de la enfermedad.

“Y, sin embargo, la metástasis es uno de los aspectos menos conocidos de la biología del cáncer”, dice Kamen Simeonov, MD-Ph.D. estudiante de la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania.

En un nuevo estudio, un equipo dirigido por Simeonov y el profesor de la Facultad de Medicina Veterinaria Christopher Lengner ha avanzado hacia la profundización de esa comprensión mediante el seguimiento del desarrollo de células metastásicas. Su trabajo utilizó un modelo de ratón de cáncer de páncreas y técnicas de vanguardia para rastrear el linaje y los patrones de expresión génica de las células cancerosas individuales. Encontraron un espectro de agresión en las células que surgieron, con células que probablemente permanecerían en su lugar en el tumor primario en un extremo y aquellas que tenían más probabilidades de moverse a nuevos sitios y colonizar otros tejidos en el otro extremo.

De las células que eventualmente se volvieron metastásicas y crecieron en tejidos y órganos más allá del páncreas, la mayoría compartía un linaje común, descubrieron los investigadores.

“Al construir una herramienta de precisión para sondear la metástasis del cáncer in vivo, podemos observar tipos de información previamente inaccesibles”, dice Simeonov. “Pudimos utilizar este enfoque de rastreo de linaje para clasificar las células en función de su nivel de metástasis y luego relacionar estas diferencias de comportamiento con los cambios en la expresión génica”.

Los hallazgos del grupo, publicados en la revista Célula cancerosa, sugieren que no son solo las mutaciones genéticas las que pueden impulsar la propagación del cáncer; Los resultados del perfil de ARN de una sola célula subrayan que los patrones de expresión génica (qué genes activan y desactivan las células) desempeñan un papel clave en los resultados de la enfermedad.

Fusionando técnicas novedosas

Si bien los científicos han caracterizado cientos de mutaciones genéticas asociadas con hacer que las células normales se vuelvan cancerosas, no han tenido el mismo éxito en la identificación de mutaciones que hacen que las células cancerosas se vuelvan metastásicas.

Una posibilidad puede ser que el proceso dependa de factores distintos de las mutaciones, o dependa de tantas anomalías agrupadas que la firma sea difícil de resolver.

Para comprender mejor los cambios biológicos que acompañan a la metástasis, Simeonov, Lengner y sus colegas intentaron rastrear meticulosamente este proceso, utilizando códigos de barras en evolución, también conocidos como rastreo de linaje CRISPR, que permite la reconstrucción de árboles genealógicos celulares. Emparejaron esto con la secuenciación de ARN de una sola célula para obtener una imagen de los genes activados en cada célula.

Para rastrear el linaje, los investigadores desarrollaron un nuevo método que emplea CRISPR / Cas9 para mutagenizar secuencias de ADN introducidas sintéticamente, que sirven como códigos de barras celulares. Estas células cancerosas modificadas genéticamente se inyectaron luego en un ratón y se dejaron hacer metástasis. Mientras el cáncer se desarrolla y se propaga en el ratón huésped, los códigos de barras celulares son “editados” aleatoriamente por CRISPR / Cas9. Los patrones de edición de códigos de barras resultantes se pueden usar, dice Simeonov, “para reconstruir árboles filogenéticos de las células cancerosas a medida que proliferan y hacen metástasis por todo el cuerpo”.

Al observar aproximadamente 28,000 células cancerosas en múltiples órganos de dos ratones, los investigadores pudieron ver qué genes activaba cada célula a medida que el cáncer se propagaba desde el páncreas a otros órganos y tejidos. También rastrearon dónde se estaban diseminando las células en el cuerpo para ver si los linajes particulares tenían más probabilidades de ser metastásicos que otros.

“Entonces, para todas estas células, sabemos dónde estaban ubicadas en el cuerpo, tenemos una métrica de qué tan bien hicieron metástasis, y luego también tenemos sus transcriptomas”, o catálogo de moléculas de ARN, dice Simeonov.

Espectro de agresión

Cuando el equipo de investigación examinó estos conjuntos de datos juntos, se sorprendieron al descubrir que aproximadamente la mitad de los clones, o poblaciones distintas de células cancerosas, estaban confinadas a los tumores primarios.

Y cuando observaron los clones que se habían extendido, encontraron solo un clon dominante en cada ratón.

“Sorprendentemente, a pesar de utilizar una línea celular de cáncer agresiva que debería poder hacer metástasis fácilmente, encontramos que un clon dominaba los sitios metastásicos”, dice Simeonov. “Esperábamos una mayor equidad entre los clones”.

El perfil del transcriptoma de este clon dominante en las metástasis, así como otros clones que se diseminaron desde el tumor primario, eran distintos entre sí y de los clones que permanecieron confinados a los tumores primarios. Los datos de expresión génica de este clon agresivo revelaron que había activado genes asociados con lo que se conoce como transición epitelial-mesenquimal (EMT), un proceso que se cree que otorga al cáncer algunas de sus cualidades agresivas. En la totalidad de los clones, el equipo descubrió que las células ocupaban diferentes lugares en el espectro EMT, desde tener muchos genes epiteliales expresados ​​hasta muchos genes mesenquimales expresados. “Las células parecían existir a lo largo de un continuo de estados EMT”, dice Simeonov.

El perfil genético de las células más agresivas mostró numerosas coincidencias con genes asociados con el cáncer humano, algunos de los cuales han sido predictivos de una supervivencia reducida. Los investigadores también encontraron que, en un clon particularmente agresivo del segundo ratón, una familia de genes asociada con propiedades cancerosas, como la migración celular y la capacidad de entrar y salir de los vasos sanguíneos, se sobreexpresaba dramáticamente en comparación con otros clones.

“La expresión de esta familia de genes pareció propagarse a través de distintas poblaciones y mejorar la capacidad de hacer metástasis en un proceso potencialmente complementario a EMT”, dice Simeonov.

En el trabajo futuro, Simeonov, Lengner y sus colegas esperan avanzar en sus estudios del proceso de metástasis, al mismo tiempo que exploran nuevas vías para aplicar esta herramienta de rastreo de linajes, como examinar el proceso de desarrollo, la biología de las células madre o la regeneración de tejido pulmonar o intestinal.

“Esperamos que nuestro enfoque permita explorar y responder preguntas que antes eran inaccesibles”, dice Simeonov.

Fuente:

Referencia de la revista:

Simeonov, KP, et al. (2021) El rastreo del linaje unicelular del cáncer metastásico revela la selección de estados de EMT híbridos. Célula cancerosa. doi.org/10.1016/j.ccell.2021.05.005.

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