Los micronichos de la microbiota intratumoral influyen en la heterogeneidad espacial y celular en el cáncer.

Los micronichos de la microbiota intratumoral influyen en la heterogeneidad espacial y celular en el cáncer.

En un artículo publicado recientemente en Naturaleza Los investigadores mapearon las interacciones espaciales, celulares y moleculares del huésped y las bacterias asociadas al tumor dentro del microambiente tumoral (TME). Utilizaron tecnologías de creación de perfiles espaciales in situ y secuenciación de ácido ribonucleico unicelular (scRNA-seq), centrándose en los cánceres gastrointestinales, en particular el carcinoma oral de células escamosas (OSCC) y el cáncer colorrectal (CRC).

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

fondo

Los estudios in vitro y preclínicos que utilizan modelos animales han proporcionado evidencia molecular del papel de las bacterias asociadas a tumores en al menos 33 cánceres y metástasis importantes. Los datos de imágenes han mostrado la colocalización de marcadores bacterianos con dianas de células epiteliales e inmunitarias, lo que sugiere que la microbiota intratumoral puede ser intracelular.

Además, la microbiota intratumoral del huésped desempeña un papel en la vigilancia inmunitaria y la quimiorresistencia. Sin embargo, los estudios no han revelado la identidad de estos organismos asociados a células tumorales dentro del TME y los tipos de células huésped con las que interactúan en los tumores de los pacientes. Además, si su distribución espacial y sus interacciones con el huésped influyen en las diferentes capacidades funcionales dentro del TME.

Sobre estudiar

En el presente estudio, los investigadores evaluaron primero la composición de la microbiota intratumoral a nivel de filo y género. A continuación, confirmaron visualmente la distribución espacial heterogénea de las comunidades bacterianas identificadas, incluido Fusobacterium nucleatum. Para ello, realizaron la secuenciación del gen del ARN ribosomal 16S en 44 trozos de tejido de los tumores de 11 pacientes con CCR. Además, se dirigieron a la obtención de imágenes de hibridación in situ con fluorescencia de RNAscope (RNAscope-FISH) de compartimentos densamente poblados con biomasa de células bacterianas y áreas negativas para bacterias dentro de la misma muestra de tumor. Además, cuantificaron la carga transcripcional de los tejidos de organismos específicos utilizando la métrica de Identificadores Moleculares Únicos (UMI).

Además, los investigadores cuantificaron el perfil de expresión de 77 proteínas asociadas con la inmunidad antitumoral y la progresión del cáncer utilizando una plataforma de perfiles espaciales digitales (DSP). A continuación, desarrollaron el método INVADEseq para estudiar la interacción entre las bacterias y las células huésped dentro del TME y los efectos sobre la transcriptómica de las células huésped. Este método permitió la generación de bibliotecas de ADN complementario (ADNc) que contienen transcripciones bacterianas de células humanas asociadas a bacterias. En otras palabras, ayudó a los investigadores a mapear lecturas bacterianas en células humanas individuales.

Un enfoque reduccionista de cocultivo in vitro permitió a los investigadores evaluar las interacciones directas de un miembro dominante de la microbiota intratumoral con células cancerosas inmunes o epiteliales. Cocultivaron esferoides epiteliales de CCR con un aislado de CRC de F. nucleatum, seguido de su inclusión en matrices de colágeno que contenían neutrófilos distribuidos uniformemente por todo el gel. A continuación, utilizaron microscopía confocal de células vivas para visualizar, rastrear y comparar los neutrófilos incrustados en esferoides infectados por F. nucleatum con esferoides no infectados.

Resultados del estudio

libro electrónico de inmunología

Recopilación de las principales entrevistas, artículos y noticias del último año. Descargue una copia gratuita

RNAscope-FISH identificó transcripciones bacterianas en el 46% y el 28% de los puntos de captura en tumores CRC y OSCC, respectivamente. Los géneros bacterianos identificados por sitio de captura variaron de uno a 42 y de uno a 31, con una mediana de ocho y dos para los tumores OSCC y CRC, respectivamente. En el tumor OSCC, la métrica UMI identificó a Parvimonas, Peptoniphilus y Fusobacterium como los géneros bacterianos más dominantes. Por el contrario, los géneros dominantes en la muestra de CCR fueron Fusobacterium y Bacteroides. Curiosamente, este último tuvo un orden de magnitud más de lecturas y UMI en comparación con la muestra OSCC. La colocalización de comunidades de géneros aislados y múltiples géneros diferentes dentro de los sitios de captura destacó la complejidad de las interacciones de la microbiota intratumoral entre estos dos tipos de cáncer.

Los tejidos positivos para bacterias en los tumores mostraron un aumento significativo en las células mieloides CD11b+ y CD66b+, pero una menor densidad de células T CD4+ y CD8+. El caso de las regiones vecinas negativas para las bacterias fue diferente; esto sugirió que la microbiota asociada a tumores tenía un efecto altamente localizado. Posiblemente, las bacterias invasoras reclutaron células mieloides para inducir una respuesta inflamatoria a través del transductor de señal Janus quinasa (JAK) y del activador de la transcripción (STAT). Promovió la exclusión de células T y el crecimiento tumoral al secretar interleucinas y quimiocinas específicas al medio ambiente. Sorprendentemente, las bacterias intracelulares generaron firmas genéticas compatibles con la invasión celular inducida por el cáncer, la metástasis, la reparación del daño del ADN y la inactividad celular mediante la activación de factores de transcripción de las familias Jun y Fos.

El mapeo de métricas bacterianas del análisis INVADEseq a células individuales anotadas mostró que Fusobacterium y Treponema en estos tumores de pacientes estaban asociados predominantemente con macrófagos epiteliales y derivados de monocitos (grupos de células), con una tasa general de infección bacteriana del 25 % y 52 %, respectivamente.

El análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes (GSEA) confirmó que las células dentro del "grupo de células epiteliales 3" dominado por bacterias eran células cancerosas, con una regulación positiva de las vías de señalización implicadas en la progresión del cáncer (por ejemplo, transición epitelio-mesenquimatosa o vía EMT). El reclutamiento y la retención de neutrófilos en los esferoides de células cancerosas infectadas con F. nucleatum sugirieron que la microbiota intratumoral desempeñaba un papel activo en el enriquecimiento de neutrófilos en micronichos colonizados por bacterias de los tumores de los pacientes.

Las células epiteliales del CCR infectadas con F. nucleatum se separaron de la masa esferoide y migraron como células epiteliales individuales al gel de colágeno circundante. Por el contrario, las células epiteliales cancerosas no infectadas se propagan a través del gel como una masa esferoide con una tasa de expansión promedio de 1,34 × 105 µm3 h-1. Las bacterias invasoras promovieron la invasión de las células cancerosas pero también alteraron los patrones de movimiento de las células cancerosas infectadas, promoviendo así la heterogeneidad celular a nivel funcional.

Conclusiones

El estudio encontró que la distribución de la microbiota intratumoral era heterogénea en los tumores humanos. A pesar de su heterogeneidad, la distribución de la microbiota dentro de un tumor no era aleatoria sino altamente organizada, y los micronichos con funciones de células inmunes y epiteliales estimulaban activamente el cáncer. En general, alteró la biología de compartimentos celulares específicos e influyó en la inmunidad antitumoral y la migración de células epiteliales cancerosas. Según los autores, la microbiota intratumoral de 33 cánceres importantes descubiertos hasta la fecha podría analizarse utilizando las mismas herramientas y tecnologías.

Referencia:

• 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

.