Μικρονυχίες της ενδοογκικής μικροχλωρίδας επηρεάζουν τη χωρική και κυτταρική ετερογένεια στον καρκίνο

Μικρονυχίες της ενδοογκικής μικροχλωρίδας επηρεάζουν τη χωρική και κυτταρική ετερογένεια στον καρκίνο

Σε άρθρο που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Φύση Οι ερευνητές χαρτογράφησαν χωρικές, κυτταρικές και μοριακές αλληλεπιδράσεις βακτηρίων ξενιστή και σχετιζόμενων με τον όγκο εντός του μικροπεριβάλλοντος του όγκου (TME). Χρησιμοποίησαν in situ τεχνολογίες χωρικού προφίλ και αλληλουχία μονοκύτταρου ριβονουκλεϊκού οξέος (scRNA-seq), εστιάζοντας στους καρκίνους του γαστρεντερικού, ιδιαίτερα στο στοματικό πλακώδες καρκίνωμα (OSCC) και στον καρκίνο του παχέος εντέρου (CRC).

Lernen: Wirkung der intratumoralen Mikrobiota auf die räumliche und zelluläre Heterogenität bei Krebs. Bildquelle: Kristalllicht/Shutterstock

φόντο

In vitro και προκλινικές μελέτες που χρησιμοποιούν ζωικά μοντέλα έχουν παράσχει μοριακά στοιχεία για το ρόλο των βακτηρίων που σχετίζονται με όγκους σε τουλάχιστον 33 μείζονες καρκίνους και μεταστάσεις. Τα δεδομένα απεικόνισης έχουν δείξει συνεντοπισμό βακτηριακών δεικτών με στόχους επιθηλιακών και ανοσοκυττάρων, υποδηλώνοντας ότι το ενδοκαρκινικό μικρόβιο μπορεί να είναι ενδοκυτταρικό.

Επιπλέον, η μικροχλωρίδα του ενδοκαρκινικού ξενιστή παίζει ρόλο στην ανοσολογική επιτήρηση και τη χημειοανθεκτικότητα. Ωστόσο, οι μελέτες δεν έχουν αποκαλύψει την ταυτότητα αυτών των οργανισμών που σχετίζονται με τα καρκινικά κύτταρα εντός του TME και των τύπων κυττάρων-ξενιστών με τους οποίους αλληλεπιδρούν σε όγκους ασθενών. Επιπλέον, εάν η χωρική κατανομή και οι αλληλεπιδράσεις τους με τον ξενιστή επηρεάζουν διαφορετικές λειτουργικές δυνατότητες εντός του TME.

Σχετικά με τη μελέτη

Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές αξιολόγησαν πρώτα τη σύνθεση της ενδοογκικής μικροχλωρίδας σε επίπεδο φυλής και γένους. Στη συνέχεια, επιβεβαίωσαν οπτικά την ετερογενή χωρική κατανομή των αναγνωρισμένων βακτηριακών κοινοτήτων, συμπεριλαμβανομένου του Fusobacterium nucleatum. Για να γίνει αυτό, πραγματοποίησαν αλληλουχία 16S ριβοσωμικού RNA γονιδίου σε 44 κομμάτια ιστού από όγκους 11 ασθενών με CRC. Επιπλέον, στόχευσαν την απεικόνιση φθορισμού RNAscope in situ υβριδισμού (RNAscope-FISH) πυκνοκατοικημένων διαμερισμάτων με βιομάζα βακτηριακών κυττάρων και περιοχές αρνητικές για βακτήρια μέσα στο ίδιο δείγμα όγκου. Επιπλέον, ποσοτικοποίησαν το μεταγραφικό φορτίο των ιστών συγκεκριμένων οργανισμών χρησιμοποιώντας τη μέτρηση Unique Molecular Identifiers (UMI).

Επιπλέον, οι ερευνητές ποσοτικοποίησαν το προφίλ έκφρασης 77 πρωτεϊνών που σχετίζονται με την αντικαρκινική ανοσία και την εξέλιξη του καρκίνου χρησιμοποιώντας μια πλατφόρμα ψηφιακού χωρικού προφίλ (DSP). Στη συνέχεια, ανέπτυξαν τη μέθοδο INVADEseq για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ βακτηρίων και κυττάρων ξενιστών εντός του TME και των επιπτώσεων στη μεταγραφική του κυττάρου ξενιστή. Αυτή η μέθοδος επέτρεψε τη δημιουργία βιβλιοθηκών συμπληρωματικού DNA (cDNA) που περιέχουν βακτηριακά μεταγραφήματα από ανθρώπινα κύτταρα που σχετίζονται με βακτήρια. Με άλλα λόγια, βοήθησε τους ερευνητές να χαρτογραφήσουν τις βακτηριακές αναγνώσεις σε μεμονωμένα ανθρώπινα κύτταρα.

Μια αναγωγική in vitro προσέγγιση συγκαλλιέργειας επέτρεψε στους ερευνητές να αξιολογήσουν τις άμεσες αλληλεπιδράσεις ενός κυρίαρχου μέλους της ενδονεοπλασματικής μικροχλωρίδας με ανοσοποιητικά ή επιθηλιακά καρκινικά κύτταρα. Συγκαλλιέργησαν επιθηλιακά σφαιροειδή CRC με απομόνωση F. nucleatum CRC, ακολουθούμενη από ενσωμάτωση σε μήτρες κολλαγόνου που περιέχουν ουδετερόφιλα ομοιόμορφα κατανεμημένα σε όλο το πήκτωμα. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν ομοεστιακή μικροσκοπία ζωντανών κυττάρων για να απεικονίσουν, να παρακολουθήσουν και να συγκρίνουν τα ενσωματωμένα ουδετερόφιλα σε σφαιροειδή μολυσμένα με F. nucleatum με μη μολυσμένα σφαιροειδή.

Αποτελέσματα μελέτης

Ηλεκτρονικό βιβλίο Ανοσολογίας

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κατεβάστε ένα δωρεάν αντίγραφο

Το RNAscope-FISH εντόπισε βακτηριακά μεταγραφήματα στο 46% και στο 28% των σημείων σύλληψης σε όγκους CRC και OSCC, αντίστοιχα. Τα βακτηριακά γένη που ταυτοποιήθηκαν ανά θέση σύλληψης κυμαίνονταν από ένα έως 42 και ένα έως 31, με διάμεσο οκτώ και δύο για τους όγκους OSCC και CRC, αντίστοιχα. Στον όγκο OSCC, η μετρική UMI προσδιόρισε τα Parvimonas, Peptoniphilus και Fusobacterium ως τα πιο κυρίαρχα βακτηριακά γένη. Αντίθετα, τα κυρίαρχα γένη στο δείγμα CRC ήταν τα Fusobacterium και Bacteroides. Είναι ενδιαφέρον ότι το τελευταίο είχε μια τάξη μεγέθους περισσότερες αναγνώσεις και UMI σε σύγκριση με το δείγμα OSCC. Ο συνεντοπισμός κοινοτήτων μεμονωμένων γενών και πολλαπλών διαφορετικών γενών εντός των τοποθεσιών παγίδευσης τόνισε την πολυπλοκότητα των αλληλεπιδράσεων της ενδονεοπλασματικής μικροχλωρίδας μεταξύ αυτών των δύο τύπων καρκίνου.

Οι θετικοί στα βακτήρια ιστοί σε όγκους εμφάνισαν σημαντική αύξηση στα μυελοειδή κύτταρα CD11b+ και CD66b+, αλλά χαμηλότερη πυκνότητα των Τ κυττάρων CD4+ και CD8+. Η περίπτωση με γειτονικές περιοχές αρνητικές για βακτήρια ήταν διαφορετική. Αυτό υποδηλώνει ότι η μικροχλωρίδα που σχετίζεται με τον όγκο είχε ένα εξαιρετικά εντοπισμένο αποτέλεσμα. Πιθανώς, διεισδυτικά βακτήρια στρατολόγησαν μυελοειδή κύτταρα για να προκαλέσουν φλεγμονώδη απόκριση μέσω του μετατροπέα σήματος κινάσης Janus (JAK) και της σηματοδότησης ενεργοποιητή μεταγραφής (STAT). Προώθησε τον αποκλεισμό των Τ κυττάρων και την ανάπτυξη του όγκου εκκρίνοντας συγκεκριμένες ιντερλευκίνες και χημειοκίνες στο περιβάλλον. Αξιοσημείωτα, τα ενδοκυτταρικά βακτήρια παρήγαγαν γονιδιακές υπογραφές που συνάδουν με την επαγόμενη από καρκίνο κυτταρική εισβολή, τη μετάσταση, την αποκατάσταση βλάβης του DNA και την κυτταρική ηρεμία ενεργοποιώντας μεταγραφικούς παράγοντες από τις οικογένειες Jun και Fos.

Η χαρτογράφηση βακτηριακών μετρήσεων από την ανάλυση INVADEseq σε σχολιασμένα μεμονωμένα κύτταρα έδειξε ότι το Fusobacterium και το Treponema σε αυτούς τους όγκους ασθενών συσχετίστηκαν κυρίως με τα επιθηλιακά και τα προερχόμενα από μονοκύτταρα μακροφάγα (συστάδες κυττάρων), με συνολικό ποσοστό βακτηριακής μόλυνσης 25% και 52% αντίστοιχα.

Η ανάλυση εμπλουτισμού συνόλου γονιδίων (GSEA) επιβεβαίωσε ότι τα κύτταρα εντός της «επιθηλιακής κυτταρικής ομάδας 3» που κυριαρχείται από βακτήρια ήταν καρκινικά κύτταρα, με ανοδική ρύθμιση των οδών σηματοδότησης που εμπλέκονται στην εξέλιξη του καρκίνου (π. Η στρατολόγηση και η διατήρηση των ουδετερόφιλων στα μολυσμένα με F. nucleatum σφαιροειδή καρκινικών κυττάρων υποδηλώνει ότι η ενδοκαρκινική μικροχλωρίδα έπαιξε ενεργό ρόλο στον εμπλουτισμό των ουδετερόφιλων σε μικροκόγχες όγκων ασθενών που είχαν αποικιστεί από βακτήρια.

Τα μολυσμένα με F. nucleatum επιθηλιακά κύτταρα CRC αποσπάστηκαν από τη σφαιροειδή μάζα και μετανάστευσαν ως μεμονωμένα επιθηλιακά κύτταρα στο περιβάλλον πήκτωμα κολλαγόνου. Αντίθετα, μη μολυσμένα καρκινικά επιθηλιακά κύτταρα εξαπλώνονται μέσω της γέλης ως σφαιροειδής μάζα με μέσο ρυθμό διαστολής 1,34 × 105 μm3 h−1. Τα διεισδυτικά βακτήρια προώθησαν την εισβολή των καρκινικών κυττάρων αλλά και άλλαξαν τα μοτίβα κίνησης των μολυσμένων καρκινικών κυττάρων, προάγοντας έτσι την κυτταρική ετερογένεια σε λειτουργικό επίπεδο.

συμπεράσματα

Η μελέτη διαπίστωσε ότι η κατανομή της ενδοογκικής μικροχλωρίδας ήταν ετερογενής στους ανθρώπινους όγκους. Παρά την ετερογένειά τους, η κατανομή της μικροχλωρίδας μέσα σε έναν όγκο δεν ήταν τυχαία αλλά εξαιρετικά οργανωμένη και οι μικροκόγχες με λειτουργίες του ανοσοποιητικού και των επιθηλιακών κυττάρων διέγειραν ενεργά τον καρκίνο. Συνολικά, άλλαξε τη βιολογία συγκεκριμένων κυτταρικών διαμερισμάτων και επηρέασε την αντικαρκινική ανοσία και τη μετανάστευση των καρκινικών επιθηλιακών κυττάρων. Σύμφωνα με τους συγγραφείς, η ενδοκαρκινική μικροχλωρίδα σε 33 μεγάλους καρκίνους που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα θα μπορούσε να αναλυθεί χρησιμοποιώντας τα ίδια εργαλεία και τεχνολογίες.

Αναφορά:

• Galeano Niño, JL, Wu, H., LaCourse, KD et al. (2022). Wirkung der intratumoralen Mikrobiota auf die räumliche und zelluläre Heterogenität bei Krebs. Natur. doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05435-0 https://www.nature.com/articles/s41586-022-05435-0

.