Intratumoraalse mikrobiota mikronišid mõjutavad vähi ruumilist ja rakulist heterogeensust

Intratumoraalse mikrobiota mikronišid mõjutavad vähi ruumilist ja rakulist heterogeensust

Hiljuti avaldatud artiklis Loodus Teadlased kaardistasid peremeesorganismi ja kasvajaga seotud bakterite ruumilised, rakulised ja molekulaarsed interaktsioonid kasvaja mikrokeskkonnas (TME). Nad kasutasid in situ ruumiprofiilide koostamise tehnoloogiaid ja üherakulisi ribonukleiinhappe sekveneerimist (scRNA-seq), keskendudes seedetrakti vähkidele, eriti suuõõne lamerakk-kartsinoomile (OSCC) ja kolorektaalsele vähile (CRC).

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

taustal

Loommudeleid kasutavad in vitro ja prekliinilised uuringud on andnud molekulaarseid tõendeid kasvajaga seotud bakterite rolli kohta vähemalt 33 peamise vähi ja metastaaside puhul. Pildiandmed on näidanud bakterimarkerite samaaegset paiknemist epiteeli- ja immuunrakkude sihtmärkidega, mis viitab sellele, et kasvajasisene mikrobiota võib olla rakusisene.

Lisaks mängib kasvajasisene peremeesorganismi mikrobiota rolli immuunseires ja kemoresistentsuses. Uuringud ei ole siiski näidanud nende kasvajarakkudega seotud organismide identiteeti TME-s ja peremeesrakutüüpe, millega nad patsiendi kasvajates interakteeruvad. Lisaks sellele, kas nende ruumiline jaotus ja interaktsioonid hostiga mõjutavad TME erinevaid funktsionaalseid võimeid.

Õppimisest

Käesolevas uuringus hindasid teadlased kõigepealt kasvajasisese mikrobiota koostist varjupaiga ja perekonna tasemel. Järgmisena kinnitasid nad visuaalselt tuvastatud bakterikoosluste, sealhulgas Fusobacterium nucleatumi heterogeenset ruumilist jaotust. Selleks viisid nad läbi 16S ribosomaalse RNA geeni sekveneerimise 44 koetükil 11 CRC-ga patsiendi kasvajatest. Lisaks olid nad suunatud RNAscope fluorestsentsi in situ hübridisatsiooni (RNAscope-FISH) pildistamisele tihedalt asustatud sektsioonidest koos bakterirakkude biomassi ja bakterinegatiivsete piirkondadega samas kasvajaproovis. Lisaks kvantifitseerisid nad konkreetsete organismide kudede transkriptsioonikoormuse, kasutades Unique Molecular Identifiers (UMI) mõõdikut.

Lisaks kvantifitseerisid teadlased 77 kasvajavastase immuunsuse ja vähi progresseerumisega seotud valgu ekspressiooniprofiili, kasutades digitaalse ruumiprofiili (DSP) platvormi. Järgmisena töötasid nad välja INVADEseqi meetodi, et uurida bakterite ja peremeesrakkude vahelist koostoimet TME-s ning mõju peremeesrakkude transkriptoomikale. See meetod võimaldas luua komplementaarseid DNA (cDNA) raamatukogusid, mis sisaldasid bakterite transkripte bakteritega seotud inimese rakkudest. Teisisõnu aitas see teadlastel kaardistada bakterite lugemisi üksikute inimrakkudega.

Reduktsionistlik in vitro kokultuuri lähenemisviis võimaldas teadlastel hinnata intratumoraalse mikrobiota domineeriva liikme otsest koostoimet immuun- või epiteelivähirakkudega. Nad kasvatasid CRC epiteeli sferoide koos F. nucleatum CRC isolaadiga, millele järgnes sisestamine kollageenimaatriksitesse, mis sisaldasid kogu geelis ühtlaselt jaotunud neutrofiile. Järgmiseks kasutasid nad elusrakkude konfokaalset mikroskoopiat, et visualiseerida, jälgida ja võrrelda põimitud neutrofiile F. nucleatum'iga nakatunud sferoidides nakatumata sferoididega.

Uuringu tulemused

Immunoloogia e-raamat

Eelmise aasta tippintervjuude, artiklite ja uudiste koostamine. Laadige alla tasuta koopia

RNAscope-FISH tuvastas bakterite transkripte vastavalt 46% ja 28% püüdmiskohtadest CRC ja OSCC kasvajates. Püüdmiskoha kohta tuvastatud bakterite perekonnad olid vahemikus üks kuni 42 ja üks kuni 31, OSCC ja CRC kasvajate mediaan oli vastavalt kaheksa ja kaks. OSCC kasvaja puhul tuvastas UMI mõõdik Parvimonas, Peptoniphilus ja Fusobacterium kui kõige domineerivamad bakteriperekonnad. Seevastu CRC proovis olid domineerivad perekonnad Fusobacterium ja Bacteroides. Huvitav on see, et viimasel oli OSCC prooviga võrreldes suurusjärgu võrra rohkem lugemisi ja UMI-sid. Eraldatud ja mitme erineva perekonna kogukondade kolokaliseerimine püüdmiskohtades tõi esile nende kahe vähitüübi vahelise kasvajasisese mikrobiota koostoime keerukuse.

Kasvajate bakteripositiivsetes kudedes ilmnes CD11b+ ja CD66b+ müeloidrakkude oluline suurenemine, kuid CD4+ ja CD8+ T-rakkude tihedus vähenes. Naaberbakterite suhtes negatiivsete piirkondade olukord oli erinev; see viitas sellele, et kasvajaga seotud mikrobiotal oli väga lokaalne toime. Võimalik, et invasiivsed bakterid värbasid müeloidrakke, et kutsuda esile põletikuline reaktsioon Januse kinaasi (JAK) signaalimuunduri ja transkriptsiooni (STAT) signaali aktiveerija kaudu. See soodustas T-rakkude väljajätmist ja kasvaja kasvu, eritades keskkonda spetsiifilisi interleukiine ja kemokiine. Tähelepanuväärselt genereerisid rakusisesed bakterid geenisignatuure, mis on kooskõlas vähi poolt indutseeritud rakkude invasiooni, metastaaside, DNA kahjustuste parandamise ja raku vaibumisega, aktiveerides Juni ja Fosi perekondadest pärit transkriptsioonifaktoreid.

Bakterimeetria kaardistamine INVADEseqi analüüsist annoteeritud üksikutele rakkudele näitas, et nende patsientide kasvajate puhul olid Fusobacterium ja Treponema peamiselt seotud epiteeli ja monotsüütidest pärinevate makrofaagidega (rakuklastritega), kusjuures üldine bakteriaalse infektsiooni määr oli vastavalt 25% ja 52%.

Geenikomplekti rikastamise analüüs (GSEA) kinnitas, et bakterite domineeritud epiteelirakkude klastri 3 rakud olid vähirakud, mille signaaliradade ülesreguleerimine on seotud vähi progresseerumisega (nt epiteeli-mesenhümaalne üleminek või EMT rada). Neutrofiilide värbamine ja säilitamine F. nucleatum'iga nakatunud vähirakkude sferoidides viitas sellele, et kasvajasisene mikrobiota mängis aktiivset rolli neutrofiilide rikastamisel patsientide kasvajate bakterite koloniseeritud mikronišides.

F. nucleatum'iga nakatunud CRC epiteelirakud eraldusid sferoidmassist ja migreerusid üksikute epiteelirakkudena ümbritsevasse kollageenigeeli. Seevastu nakatamata vähi epiteelirakud levisid läbi geeli sfäärilise massina, mille keskmine paisumiskiirus on 1, 34 × 105 µm3 h-1. Invasiivsed bakterid soodustasid vähirakkude invasiooni, kuid muutsid ka nakatunud vähirakkude liikumismustreid, soodustades seeläbi rakkude heterogeensust funktsionaalsel tasandil.

Järeldused

Uuring näitas, et kasvajasisese mikrobiota jaotus oli inimese kasvajates heterogeenne. Vaatamata nende heterogeensusele ei olnud mikrobiota jaotumine kasvaja sees juhuslik, vaid väga organiseeritud ning immuun- ja epiteelirakkude funktsioonidega mikronišid stimuleerisid vähki aktiivselt. Üldiselt muutis see spetsiifiliste rakuliste sektsioonide bioloogiat ja mõjutas kasvajavastast immuunsust ja vähi epiteelirakkude migratsiooni. Autorite sõnul saab 33 seni avastatud peamise vähi kasvajasisest mikrobiotat analüüsida samu vahendeid ja tehnoloogiaid kasutades.

Viide:

• 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

.